CN108007670B - 一种海底滑坡、碎屑流小型模拟水槽及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海底滑坡、碎屑流小型模拟水槽及试验方法，水槽底部设有导轨，水槽底部设有水平调剂脚轮，水平调剂脚轮在水槽就位后为刹车状态，导轨上每隔一段安装有垫块，若干模块化底板安装在垫块上，垫块由低变高，使若干模块化底板连接形成具有倾斜角度的地形，地形低点处、靠近水槽的一端底部设有排水孔，带过滤网的隔块放置在排水孔和导轨之间，模块化底板包括依次连接的一侧带矩形开孔的平直形底板、平直形底板、带凸形结构的底板、带凹形结构的底板、带凹槽平直形底板，进水管设置在一侧带矩形开孔的平直形底板的矩形开孔处，触发箱处于带凹槽平直形底板上方，触发箱上带有抽拉门。本发明有益效果是降低试验耗费，提高试验效率。
Description
技术领域
本发明属于海洋工程地质技术领域，涉及一种海底滑坡、碎屑流小型模拟水槽及试验方法。
背景技术
海底滑坡滑动以及引发的海底碎屑流，能够给海底管道、电\光缆、海底井口等设施造成冲击破坏。开展海底滑坡/碎屑流在海水环境下的动态特性与运动规律研究，是评估预测该类地质灾害冲击速度与影响范围的基础性工作。开展水槽试验是研究海底滑坡及碎屑流运动的一种常用的重要手段。采用常规通用大型水槽开展试验时，改装过程复杂且不易操作，单次试验所耗模型土、水等体量较大，水槽底部泥浆不易清理，单次试验用时较长。开发设计一种操作便捷的专用小型水槽，可以降低试验耗费，提高试验效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海底滑坡、碎屑流小型模拟水槽及试验方法，解决了目前海底滑坡实验采用大型水槽开展试验，单次试验所耗模型土、水等体量较大，水槽底部泥浆不易清理，单次试验用时较长的问题。
本发明所采用的技术方案是包括水槽，水槽底部设有导轨，导轨为两条、平行固定于水槽底部两侧，水槽底部设有水平调剂脚轮，水平调剂脚轮在水槽就位后为刹车状态，导轨上每隔一段安装有垫块，若干模块化底板安装在垫块上，垫块由低变高，使若干模块化底板连接形成具有倾斜角度的地形，地形低点处、靠近水槽的一端底部设有排水孔，带过滤网的隔块放置在排水孔和导轨之间、在水槽底部和底板之间形成一个竖网。
进一步，导轨均匀分布螺纹孔，孔间距5cm，垫块脚趾长为10cm，保证一侧涵盖一个固定螺孔，由导轨预留端口按照顺序逐个嵌入至预定位置，并通过拧紧固定螺丝进行固定。
进一步，模块化底板包括依次连接的一侧带矩形开孔的平直形底板、平直形底板、带凸形结构的底板、带凹形结构的底板、带凹槽平直形底板，一侧带矩形开孔的平直形底板与带凹槽平直形底板分别承担水平向支撑与触发箱放置功能，底板地形拼接完成后，对两侧与接缝处进行密封，并在底板上表面铺设配置好的模型土以模拟海床表面，同时埋设孔压传感器。
进一步，安装时首先在空触发箱中配置模型土体或泥浆，测试力学指标后，将可移动式升降架预装配重块，通过手摇绞盘下放缆绳，通过吊环将触发箱起吊至预定高度，缓慢移动可移动式升降架使触发箱处于带凹槽平直形底板上方，缓慢释放触发箱至凹槽内，进水管设置在一侧带矩形开孔的平直形底板的矩形开孔处，通过矩形开口处由水槽底部开始注水，到达预定水位线之后，将进水管取出，水槽一侧放置高清摄像机并处于开机状态，触发箱上带有抽拉门，通过拉柄快速打开触发箱的抽拉门，开始过程观测，并根据水槽侧壁的刻度对运动距离、形态特征变化进行观测。
进一步，水槽宽度为0.5m；可移动式升降架采用四腿式结构，各支撑腿底部安装水平调节支撑型机器脚轮。
本发明的有益效果是采用小型水槽进行海底滑坡、碎屑流实验，降低试验耗费，提高试验效率。
附图说明
图1是水槽安装注水后示意图；
图2是水槽结构侧视示意图；
图3是水槽结构俯视示意图；
图4是导轨侧视截面示意图；
图5支撑垫块侧视示意图；
图6带矩形开孔的平直形底板位置俯视图；
图7带凹槽的平直形底板位置侧视图；
图8触发箱升降架正视示意图；
图9触发箱升降架侧视示意图。
图中，1.水槽，2.导轨，3.水平调剂脚轮，4.垫块，5.模块化底板，6.固定螺丝，7.排水孔，8.隔块，9.可移动式升降架，10.触发箱，11.配重块，12.手摇绞盘，13.进水管，14.预定水位线，15.刻度，16.水槽加强筋，101.抽拉门，501.一侧带矩形开孔的平直形底板，502.平直形底板，503.带凸形结构的底板，504.带凹形结构的底板，505.带凹槽平直形底板。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明如图1至图5所示，包括水槽1，水槽1底部设有导轨2，导轨2为两条、平行固定于水槽1底部两侧，水槽1底部设有水平调剂脚轮3，水平调剂脚轮3在水槽1就位后为刹车状态，导轨2上每隔一段安装有垫块4，若干模块化底板5安装在垫块4上，垫块4由低变高，使若干模块化底板5连接形成具有倾斜角度的地形。
导轨2均匀分布螺纹孔，孔间距5cm。垫块4脚趾长为10cm，保证一侧涵盖一个固定螺孔，由导轨2预留端口按照顺序逐个嵌入至预定位置，并通过拧紧固定螺丝6进行固定。模块化底板5的倾斜段底部垫块4间隔距离L，由试验预设地形角度A按照余切公式进行计算
L＝H×cotA
其中，H为相邻两个垫块4的高度差。
导轨2低点处、靠近水槽1的一端底部设有排水孔7，带过滤网的隔块8放置在排水孔7和导轨2之间、在水槽1底部和导轨2之间形成一个竖网，以保证试验中形成的泥浆集中在水槽底部排水孔7一侧，有利于试验后泥浆的清理。
如图1、图6所示，模块化底板5包括一侧带矩形开孔的平直形底板501、平直形底板502、带凸形结构的底板503、带凹形结构的底板504、带凹槽平直形底板505，如图7所示，一侧带矩形开孔的平直形底板501与带凹槽平直形底板505分别承担水平向支撑与触发箱10放置功能，相对位置固定不变，其他底板可按设计地形工况进行先后顺序组合。底板地形拼接完成后，对两侧与接缝处进行密封，并在底板上表面铺设配置好的模型土以模拟海床表面，可同时埋设孔压传感器。上述完成后准备进行触发箱10安装。
如图8、图9所示，通过可移动式升降架9将触发箱10起吊安装至带凹槽平直形底板505的凹槽位置处。安装过程中，首先在空触发箱10中配置模型土体或泥浆，测试力学指标后，将可移动式升降架9预装配重块11，通过手摇绞盘12下放缆绳，通过吊环将触发箱10起吊至预定高度。缓慢移动可移动式升降架9使触发箱10处于带凹槽平直形底板505上方，缓慢释放触发箱10至凹槽内。
进水管13设置在一侧带矩形开孔的平直形底板501的矩形开孔处，通过矩形开口处由水槽底部开始注水，到达预定水位线14之后，将进水管13取出。水槽1一侧放置高清摄像机并处于开机状态。触发箱10上带有抽拉门101，通过拉柄快速打开触发箱10的抽拉门101，开始过程观测，并根据水槽1侧壁的刻度15对运动距离、形态特征变化进行观测。试验完成后由泥浆泵将水抽出，也可打开排水孔7进行排水冲洗。
模块化底板5拼接模拟地形角度：根据人机工程学原理和实验发现水槽1宽度为0.5m最佳，可移动式升降架9采用四腿式结构，各支撑腿底部安装水平调节支撑型机器脚轮。为了加固水槽1，在水槽1侧壁和顶部设置水槽加强筋16。升降架一侧固定自锁式手摇绞盘，触发箱四角设计吊环，通过升降架中间横梁滑轮，由手摇绞盘12完成触发箱10起吊和释放安装。在水槽1底部采用模块化底板按预定角度拼接地形，并在底板表面铺设模型土模拟海床表层，同时埋设孔压传感器，由水槽1底部逐渐注水至设计高度。在触发箱10中配置模型土体/泥浆，测试力学指标后，采用手摇绞盘12起吊至触发箱10预定高度，并通过脚轮移动可移动式升降架9至水槽1上方，缓慢释放触发箱10至初始位置。布置高清摄像机开机之后，快速打开触发箱10，并对运动距离、形态特征、孔隙水压力变化进行观测。
本发明能够保证常规大型水槽的同类试验功能，且具有以下优点和积极效果：小型化专用水槽降低了试验消耗，提高试验效率；通过模块化地形拼接功能，可快速实现地形角度工况设计；可移动式触发箱升降架，能方便实现试验操作，整个试验可由1人单独完成。
本发明在常规水槽的基础上，通过专门设计的导轨与垫块组合技术，采用模块化预制底板可快速实现地形模型的搭建。通过触发箱升降架、带过滤网的隔块、带螺纹密封排水孔等典型配套设计，组成了一种新的海底滑坡/泥石流小型水槽试验系统并提出了对应的试验过程与方法。
本发明水槽操作步骤简单，单次试验所耗人力、物力较少，试验过程可仅由1人完成，以4m长0.5m宽1.5m高水槽为例，所需试验用水仅为3立方米。试验后水槽清洗方便，可接自来水管直接冲洗。采用所发明水槽进行海底滑坡/碎屑流试验，能够降低试验耗费，提高试验效率。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种海底滑坡、碎屑流小型模拟水槽，其特征在于：包括水槽，水槽底部设有导轨，导轨为两条、平行固定于水槽底部两侧，水槽底部设有水平调剂脚轮，水平调剂脚轮在水槽就位后为刹车状态，导轨上每隔一段安装有垫块，若干模块化底板安装在垫块上，垫块由低变高，使若干模块化底板连接形成具有倾斜角度的地形，地形低点处、靠近水槽的一端底部设有排水孔，带过滤网的隔块放置在排水孔和导轨之间、在水槽底部和底板间形成一个竖网；
所述模块化底板包括依次连接的一侧带矩形开孔的平直形底板、平直形底板、带凸形结构的底板、带凹形结构的底板、带凹槽平直形底板，一侧带矩形开孔的平直形底板与带凹槽平直形底板分别承担水平向支撑与触发箱放置功能，底板地形拼接完成后，对两侧与接缝处进行密封，并在底板上表面铺设配置好的模型土以模拟海床表面，同时埋设孔压传感器；
所述导轨均匀分布螺纹孔，孔间距5cm，垫块脚趾长为10cm，保证一侧涵盖一个固定螺孔，由导轨预留端口按照顺序逐个嵌入至预定位置，并通过拧紧固定螺丝进行固定。
2.一种海底滑坡、碎屑流小型模拟试验方法，应用于如权利要求1所述的一种海底滑坡、碎屑流小型模拟水槽，其特征在于：安装时首先在空触发箱中配置模型土体或泥浆，测试力学指标后，将可移动式升降架预装配重块，通过手摇绞盘下放缆绳，通过吊环将触发箱起吊至预定高度，缓慢移动可移动式升降架使触发箱处于带凹槽平直形底板上方，缓慢释放触发箱至凹槽内，进水管设置在一侧带矩形开孔的平直形底板的矩形开孔处，通过矩形开口处由水槽底部开始注水，到达预定水位线之后，将进水管取出，水槽一侧放置高清摄像机并处于开机状态，触发箱上带有抽拉门，通过拉柄快速打开触发箱的抽拉门，开始过程观测，并根据水槽侧壁的刻度对运动距离、形态特征变化进行观测。
3.按照权利要求2所述一种海底滑坡、碎屑流小型模拟试验方法，其特征在于：所述水槽宽度为0.5m；可移动式升降架采用四腿式结构，各支撑腿底部安装水平调节支撑型机器脚轮。
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