CN108532535B - 深水锚泊体施工过程模拟试验装置及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深水锚泊体施工过程模拟试验装置及模拟方法，包括试验箱，所述试验箱内设置有海床模拟系统，试验箱外设置有用于向试验箱内施加水压模拟深海水压环境的水压控制系统，试验箱的顶部设置有向上延伸用于形成下贯空间的延伸部，所述延伸部的顶部设置有具有入浆口、过浆通道及出浆口的锚体，延伸部的顶部还设置有用于释放锚体的锚体释放系统，所述试验箱外还设置有与锚体相连接的注浆系统。该模拟试验装置结构紧凑，可有效解决无法实现新型深水锚泊体实验室模拟的难题，同时模拟方法简便。

Description

深水锚泊体施工过程模拟试验装置及模拟方法

技术领域

本发明涉及一种深水锚泊体施工过程模拟试验装置及模拟方法。

背景技术

在开发海上资源的过程中需要建设大量的海上平台。这些平台在服役期间需要通过锚泊装置将其固定在某个位置。传统锚泊体存在施工过程复杂或者锚泊力小的问题。为此发明人提出了一种新型锚泊体，通过改造后的动力贯入锚将注浆管带入海床深处，注浆后在海床下侧形成巨大的注浆板结体，可提供极大的锚固力。

为了研究该新型锚泊体在不同条件下的施工效果，需要在实验室对施工过程进行模拟，以检测锚体贯入海床的深度和浆液的扩散范围。然而，目前没有装置能够实现该功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一深水锚泊体施工过程模拟试验装置及模拟方法，结构紧凑，可有效解决无法实现新型深水锚泊体实验室模拟的难题。

本发明的技术方案在于：一种深水锚泊体施工过程模拟试验装置，包括试验箱，所述试验箱内设置有海床模拟系统，试验箱外设置有用于向试验箱内施加水压模拟深海水压环境的水压控制系统，试验箱的顶部设置有向上延伸用于形成下贯空间的延伸部，所述延伸部的顶部设置有具有入浆口、过浆通道及出浆口的锚体，延伸部的顶部还设置有用于释放锚体的锚体释放系统，所述试验箱外还设置有与锚体相连接的注浆系统。

进一步地，所述试验箱的侧壁设置有开启后用于检测施工效果的侧盖板，所述延伸部呈矩形且顶部设置有可开启并用于安装锚体的上盖板。

进一步地，所述海床模拟系统包括设置于试验箱内由海沙或黏土组成的海床，位于海床上设置有海水。

进一步地，所述水压控制系统设置有由延伸部侧壁穿入的水压管。

进一步地，所述锚体呈鱼雷状，并由柱状构件、固定在柱状构件上端的连接构件和固定在柱状构件下端的头部构件组成，所述入浆口设置于柱状构件的上端并与设置于注浆系统上的注浆管相连接，所述过浆通道设置于柱状构件内并与入浆口相连接，所述出浆口设置于柱状构件的侧壁上并与过浆通道相连接。

进一步地，所述柱状构件的侧壁沿周向间隔设置有侧翼板。

进一步地，所述锚体释放系统为设置于延伸部顶部的电磁吸附装置。

一种深水锚泊体施工过程模拟方法，包括深水锚泊体施工过程模拟试验装置，步骤如下：

（1）在试验箱中安置海床模拟系统，将注浆管和锚体的入浆口相连，通过锚体释放系统将锚体吸附在延伸部顶部的上盖板上，然后吊装组合形成封闭环境；

（2）通过水压控制系统施加水压模拟深海水压环境；

（3）通过锚体释放系统将锚体释放，锚体连同注浆管一同贯入模拟海床；

（4）通过注浆系统进行注浆，浆体通过注浆管从锚体的出浆口涌出，挤压或浸入周围海床，注入浆体的体积达到设计值后，停止注浆，浆液自身固化或者粘结周围砂体板结形成注浆板结体，锚体与注浆板结体结合成一体，形成深水锚泊体；

（5）通过水压控制系统将施加的水压降低，并将试验箱延伸部内的水抽走，打开上盖板，通过探测杆检测锚泊体在海床中的深度；

（6）打开试验箱的侧盖板，将深水锚泊体取出，研究其扩散形态。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：结构紧凑，模拟深海环境下，深水锚泊体施工过程中注浆压力最优取值范围、浆液扩散规律、固结区域范围等参数，可有效解决无法实现新型深水锚泊体实验室模拟的难题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的试验箱的俯视图；

图3为本发明的锚体的结构示意图；

图4为本发明的注浆后的结构示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。

参考图1至图4

一种深水锚泊体施工过程模拟试验装置，包括试验箱1，所述试验箱内设置有海床模拟系统2，试验箱外设置有用于向试验箱内施加水压模拟深海水压环境的水压控制系统3，试验箱的顶部设置有向上延伸用于形成下贯空间12的延伸部11，所述延伸部的顶部设置有具有入浆口、过浆通道及出浆口的锚体4，延伸部的顶部还设置有用于释放锚体的锚体释放系统5，所述试验箱外还设置有与锚体相连接的注浆系统6。

本实施例中，所述试验箱的侧壁设置有开启后用于检测施工效果的侧盖板，所述延伸部呈矩形且顶部设置有可开启并用于安装锚体的上盖板13，以便安装锚体。

本实施例中，所述海床模拟系统包括设置于试验箱内由海沙或黏土等材料组成的海床，位于海床上设置有海水。

本实施例中，所述水压控制系统设置有由延伸部侧壁穿入的水压管31，以便向试验箱内施加水压。

本实施例中，所述锚体呈鱼雷状，并由柱状构件41、固定在柱状构件上端的连接构件42和固定在柱状构件下端的头部构件43组成，所述入浆口44设置于柱状构件的上端并与设置于注浆系统上的注浆管61相连接，所述过浆通道45设置于柱状构件内并与入浆口相连接，所述出浆口46设置于柱状构件的侧壁上并与过浆通道相连接。

本实施例中，所述柱状构件的侧壁沿周向间隔设置有侧翼板47，以使锚体更容易挤压或浸入海床中。

本实施例中，所述锚体释放系统为设置于延伸部顶部的电磁吸附装置。

一种深水锚泊体施工过程模拟方法，包括深水锚泊体施工过程模拟试验装置，步骤如下：

（1）在试验箱中安置海床模拟系统，将注浆管和锚体的入浆口相连，通过锚体释放系统将锚体吸附在延伸部顶部的上盖板上，然后吊装组合形成封闭环境；

（2）通过水压控制系统施加水压模拟深海水压环境；

（3）通过锚体释放系统将锚体释放，锚体连同注浆管一同贯入模拟海床；

（4）通过注浆系统进行注浆，浆体通过注浆管从锚体的出浆口涌出，挤压或浸入周围海床，注入浆体的体积达到设计值后，停止注浆，浆液自身固化或者粘结周围砂体板结形成注浆板结体7，锚体与注浆板结体结合成一体，形成深水锚泊体；

（5）通过水压控制系统将施加的水压降低，并将试验箱延伸部内的水抽走，打开上盖板，通过探测杆检测锚泊体在海床中的深度；

（6）打开试验箱的侧盖板，将深水锚泊体取出，研究其扩散形态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的深水锚泊体施工过程模拟试验装置并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种深水锚泊体施工过程模拟试验装置，包括试验箱，其特征在于，所述试验箱内设置有海床模拟系统，试验箱外设置有用于向试验箱内施加水压模拟深海水压环境的水压控制系统，试验箱的顶部设置有向上延伸用于形成下贯空间的延伸部，所述延伸部的顶部设置有具有入浆口、过浆通道及出浆口的锚体，延伸部的顶部还设置有用于释放锚体的锚体释放系统，所述试验箱外还设置有与锚体相连接的注浆系统；所述试验箱的侧壁设置有开启后用于检测施工效果的侧盖板，所述延伸部呈矩形且顶部设置有可开启并用于安装锚体的上盖板；所述海床模拟系统包括设置于试验箱内由海沙或黏土组成的海床，位于海床上设置有海水；所述水压控制系统设置有由延伸部侧壁穿入的水压管；所述锚体呈鱼雷状，并由柱状构件、固定在柱状构件上端的连接构件和固定在柱状构件下端的头部构件组成，所述入浆口设置于柱状构件的上端并与设置于注浆系统上的注浆管相连接，所述过浆通道设置于柱状构件内并与入浆口相连接，所述出浆口设置于柱状构件的侧壁上并与过浆通道相连接；所述柱状构件的侧壁沿周向间隔设置有侧翼板；所述锚体释放系统为设置于延伸部顶部的电磁吸附装置。

2.一种深水锚泊体施工过程模拟方法，包括权利要求1所述的深水锚泊体施工过程模拟试验装置，其特征在于，步骤如下：

（1）在试验箱中安置海床模拟系统，将注浆管和锚体的入浆口相连，通过锚体释放系统将锚体吸附在延伸部顶部的上盖板上，然后吊装组合形成封闭环境；

（2）通过水压控制系统施加水压模拟深海水压环境；

（3）通过锚体释放系统将锚体释放，锚体连同注浆管一同贯入模拟海床；

（4）通过注浆系统进行注浆，浆体通过注浆管从锚体的出浆口涌出，挤压或浸入周围海床，注入浆体的体积达到设计值后，停止注浆，浆液自身固化或者粘结周围砂体板结形成注浆板结体，锚体与注浆板结体结合成一体，形成深水锚泊体；

（5）通过水压控制系统将施加的水压降低，并将试验箱延伸部内的水抽走，打开上盖板，通过探测杆检测锚泊体在海床中的深度；

（6）打开试验箱的侧盖板，将深水锚泊体取出，研究其扩散形态。

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