CN107589235B - 一种天然气水合物分解诱发海底滑坡的模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气水合物分解诱发海底滑坡的模拟试验装置，包括一透明水箱、一设于透明水箱内的土坡、位于土坡上的海水、一第一空压机、一第二空压机、一触发盘、一孔压计和一数据采集仪。本发明能够有效模拟天然气水合物分解诱发的海底滑坡，并能够观测出分解后水压、气压变化与滑坡的过程，具有结构简单、方便实施的优点。

Description

一种天然气水合物分解诱发海底滑坡的模拟试验装置

技术领域

本发明属于海洋地质灾害模拟技术领域，具体涉及一种天然气水合物分解诱发海底滑坡的模拟试验装置。

背景技术

天然气水合物赋存于海底低温高压环境下的沉积物孔隙中，当海底温度升高或压力减小时，天然气水合物就分解为气、水混合物，在上覆土体压力作用下，气压或水压随着天然气的逐渐分解而不断升高，压力的升高导致土体有效抗剪强度降低，对于坡度不大的海底斜坡，当有效应力减小到一定程度时，就会发生大规模的海底滑坡；另一方面，较高压力的气体或孔隙水对上覆土体产生一抬升力，加剧土体脱离原位置发生滑坡。目前，人们已认识到天然气水合物分解与海底滑坡的关系，如现存世界上最大的挪威Storrega海底滑坡，滑坡范围从挪威西海岸一直延伸到冰岛南部，有人认为该滑坡的第二次滑动是由天然气水合物分解触发的。天然气水合物分解诱发海底滑坡，目前大都停留在定性描述上，在实验室采用装置进行模拟是一种较好的方法，专利(申请号201410139109.3)公布了一种利用加热分解单元促使水合物分解，并采用变形量测单元记录观测变形过程的试验装置。天然气水合物分解后产生超水压或超气压、以及抬升力进一步导致滑坡发生的装置却少有涉及。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种天然气水合物分解诱发海底滑坡的模拟试验装置。

本发明的技术方案如下：

一种天然气水合物分解诱发海底滑坡的模拟试验装置，包括一透明水箱、一设于透明水箱内的土坡、位于土坡上的海水、一第一空压机、一第二空压机、一触发盘、一孔压计和一数据采集仪，其中，

透明水箱具有一密封盖设在其上开口的上盖，上盖与海水之间具有空腔，第一空压机通过第一管路连通该空腔，且第一管路上设有一第一压力表和一第一阀门；

透明水箱相对于土坡横截面的一侧壁标记有网格线，其中每一网格的大小为1.0cm×1.0cm；

触发盘设于土坡内，第二空压机通过第二管路连通触发盘，且第二管路上设有一第二压力表和一第二阀门，第二管路内填充有染色剂；

孔压计与数据采集仪电连接，并具有若干探头，该若干探头垂直分布于土坡内触发盘的上方；

其使用方法包括如下步骤：

(1)打开第一空压机和第一阀门向上盖与海水之间的空腔充气至8～12MPa并维持以模拟海水对海床的压力；

(2)打开第二空压机和第二阀门，气体或外部海水经第二管路从触发盘发出而向上方的土坡扩散，其产生的压力通过孔压计的若干探头测量并输入数据采集仪，同时第二管路内的染色剂也通过触发盘发出而向上方的土坡扩散；

(3)随着第二空压机产生的压力的升高，触发盘上方的土坡的土体发生变形，向上产生位移，并沿着土坡的斜面向下滑动而形成滑坡，而染色剂在此过程中的扩散的位置通过透明水箱的侧壁的网格线观测出来，结合上述数据采集仪中的数据进行压力分布、扩散过程及土坡变形和滑动过程的分析。

在本发明的一个优选实施方案中，所述透明水箱为长方体，其长×宽×高＝2.0m×0.5m×1.5m。

在本发明的一个优选实施方案中，所述透明水箱与所述上盖通过若干螺栓相连。

在本发明的一个优选实施方案中，所述土坡的平均高度为0.7～0.9m，其坡度为0～30度。

在本发明的一个优选实施方案中，所述海水的深度为0.3～0.5m。

在本发明的一个优选实施方案中，所述触发盘内设有一连通第二管路的腔体，该腔体的顶壁具有若干通孔。

在本发明的一个优选实施方案中，所述孔压计的若干探头的数目为2～3，且该若干探头的垂直间距为8～12cm。

本发明的有益效果：本发明能够有效模拟天然气水合物分解诱发的海底滑坡，并能够观测出分解后水压、气压变化与滑坡的过程，具有结构简单、方便实施的优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。

实施例1

如图1所示，一种天然气水合物分解诱发海底滑坡的模拟试验装置，包括一厚的有机玻璃制成的透明水箱1、一设于透明水箱1内的土坡2、位于土坡2上的海水3、一第一空压机4、一第二空压机5、一钢制的触发盘6、一孔压计7(优选微型孔压计)和一数据采集仪8，透明水箱1为长方体，其长×宽×高＝2.0m×0.5m×1.5m，土坡2的平均高度为0.7～0.9m(优选0.8m)，其坡度为0～30度，土坡2的材质为海水3的深度为0.3～0.5m(优选0.4m)，其中，

透明水箱1具有一密封盖设在其上开口的上盖11，上盖11通过螺栓与透明水箱1相连，上盖11与海水3之间具有空腔，第一空压机4通过第一管路41连通该空腔，且第一管路41上设有一第一压力表42和一第一阀门43；

透明水箱1相对于土坡2横截面的一侧壁标记有网格线，其中每一网格的大小为1.0cm×1.0cm；

触发盘6设于土坡2内，第二空压机5通过第二管路51连通触发盘6，且第二管路51上设有一第二压力表52和一第二阀门53，第二管路51内填充有染色剂(优选红色的苏丹红)，触发盘6内设有一连通第二管路51的腔体，该腔体的顶壁具有若干通孔；

孔压计7与数据采集仪8电连接，并具有2～3个探头71，该探头71垂直分布于土坡2内触发盘6的上方，且相互之间的垂直间距为8～12cm(优选10cm)；

其使用方法包括如下步骤：

(1)打开第一空压机4和第一阀门43向上盖11与海水3之间的空腔充气至8～12MPa(优选10MPa)并维持以模拟海水3对海床的压力；

(2)打开第二空压机5和第二阀门53，气体或外部海水经第二管路51从触发盘6发出而向上方的土坡2扩散，其产生的压力通过孔压计7的若干探头71测量并输入数据采集仪8，同时第二管路51内的染色剂也通过触发盘6发出而向上方的土坡2扩散；

(3)随着第二空压机5产生的压力的升高，触发盘6上方的土坡2的土体发生变形，向上产生位移，并沿着土坡2的斜面向下滑动而形成滑坡，而染色剂在此过程中的扩散的位置通过透明水箱1的侧壁的网格线观测出来(通过外部的拍照设备进行记录)，结合上述数据采集仪8中的数据以进行压力分布、扩散过程及土坡2变形和滑动过程的分析。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (3)

1.一种天然气水合物分解诱发海底滑坡的模拟试验装置，其特征在于：包括一透明水箱、一设于透明水箱内的土坡、位于土坡上的海水、一第一空压机、一第二空压机、一触发盘、一孔压计和一数据采集仪，其中，

土坡的平均高度为0.7～0.9m，其坡度为0～30度；

海水的深度为0.3～0.5m；

透明水箱具有一密封盖设在其上开口的上盖，上盖与海水之间具有空腔，第一空压机通过第一管路连通该空腔，且第一管路上设有一第一压力表和一第一阀门；

透明水箱相对于土坡横截面的一侧壁标记有网格线，其中每一网格的大小为1.0cm×1.0cm；

触发盘设于土坡内，第二空压机通过第二管路连通触发盘，且第二管路上设有一第二压力表和一第二阀门，第二管路内填充有染色剂；触发盘内设有一连通第二管路的腔体，该腔体的顶壁具有若干通孔；

孔压计与数据采集仪电连接，并具有若干探头，该若干探头垂直分布于土坡内触发盘的上方；孔压计的若干探头的数目为2～3，且该若干探头的垂直间距为8～12cm；

其使用方法包括如下步骤：

(1)打开第一空压机和第一阀门向上盖与海水之间的空腔充气至8～12MPa并维持以模拟海水对海床的压力；

(2)打开第二空压机和第二阀门，气体或外部海水经第二管路从触发盘发出而向上方的土坡扩散，其产生的压力通过孔压计的若干探头测量并输入数据采集仪，同时第二管路内的染色剂也通过触发盘发出而向上方的土坡扩散；

(3)随着第二空压机产生的压力的升高，触发盘上方的土坡的土体发生变形，向上产生位移，并沿着土坡的斜面向下滑动而形成滑坡，而染色剂在此过程中的扩散的位置通过透明水箱的侧壁的网格线观测出来，结合上述数据采集仪中的数据进行压力分布、扩散过程及土坡变形和滑动过程的分析。

2.如权利要求1所述的一种天然气水合物分解诱发海底滑坡的模拟试验装置，其特征在于：所述透明水箱为长方体，其长×宽×高＝2.0m×0.5m×1.5m。

3.如权利要求1所述的一种天然气水合物分解诱发海底滑坡的模拟试验装置，其特征在于：所述透明水箱与所述上盖通过若干螺栓相连。

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