CN108894182B - 一种应用于海底滑坡水槽试验研究的滑坡触发装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于海底滑坡水槽试验研究的滑坡触发装置及方法，带凹槽底板连接底板并倾斜放置于水槽底部，模型箱放置于带凹槽可转动底板的凹槽处，带凹槽底板通过卡件连接到转动轴与轴承支撑件，实现转动功能，由绞盘、定滑轮、滑轨、钢丝绳组成的起吊结构通过穿过起吊孔的钢丝绳转动提升带凹槽底板，带动模型箱转动，最终触发滑坡。通过滑轨、绞盘、定滑轮组合起吊带凹槽底板以带动增加模型箱内斜坡模型的倾斜角度触发滑坡，并通过钢丝绳回收长度计算滑坡触发时对应的底板转动角度。本发明的有益效果是能够方便实现海底滑坡的触发，并通过推导出的公式将钢丝绳的回收长度转换为模型箱斜坡的转动角度。

Description

一种应用于海底滑坡水槽试验研究的滑坡触发装置及方法
技术领域
本发明属于海洋工程地质技术领域，涉及一种应用于海底滑坡水槽试验研究的滑坡触发装置及方法。
背景技术
海底滑坡引发的土体运动能够对一些海底工程设施(如：海底管道、海底电\光缆、海底井口设施)带来冲击破坏。由于直接观测海底滑坡过程的难度较大，因此，采用水环境下的海底滑坡物理模型试验仍是开展滑坡运动机制研究和数值模型对比验证的重要手段。其中，水槽试验是研究海底滑坡水下动态特性的便利方法。现有水槽模拟试验多采用强度较低的泥浆进行海底滑坡模拟，仅需简单的挡板设计即可实现，但当水下斜坡模型的土体抗剪强度较大时则需借助外力才能触发水下滑坡。因此，需开发设计一种便捷的专用水下滑坡触发装置及试验方法，实现海底滑坡水槽模拟试验中滑坡的触发。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于海底滑坡水槽试验研究的滑坡触发装置及方法，解决了目前海底滑坡水槽试验中，因水下斜坡模型土体抗剪强度较大不易触发滑坡的问题，并且通过推导出的公式将起吊钢丝绳的回收长度转换为模型箱放置底板的转动角度。
本发明一种应用于海底滑坡水槽试验研究的滑坡触发方法：模型箱内预先制作斜坡模型，模型箱在带凹槽底板就位后，通过滑轨、绞盘、定滑轮组合起吊使带凹槽底板转动，以带动增加模型箱内斜坡模型的倾斜角度触发滑坡，并通过钢丝绳回收长度计算滑坡触发时对应的底板转动角度。
一种应用于海底滑坡水槽试验研究的滑坡触发装置，常规底板置于水槽底部模拟地形角度，带凹槽底板连接常规底板并水平放置于水槽底部支撑件，橡胶软连接件连接带凹槽底板与常规底板，模型箱放置于可转动带凹槽底板的凹槽处，带凹槽底板通过卡件连接到转动轴与轴承支撑件，实现转动功能，由绞盘、定滑轮、滑轨、钢丝绳组成的起吊结构通过穿过起吊孔的钢丝绳提升转动带凹槽底板，带动模型箱转动，提高模型箱内倾斜模型角度，最终触发滑坡，水槽顶部设有两根横向支撑，绞盘置于一根横向支撑上，定滑轮置于另一根横向支撑上。
进一步，模型箱为一侧敞开式，侧壁采用透明有机玻璃，底部为粗糙底面防止斜坡模型沿模型箱底部表面滑出，敞开侧配有与界面相同尺寸的挡板，在模型土制备时采用密封胶带缠紧固定挡板，切削斜坡模型时拆除，斜坡模型制作完成后通过模型箱的四角起吊环将模型安装至带凹槽底板的凹槽处。
进一步，凹槽底板底部通过卡件与转动轴连接，转动轴连接轴承实现转动，轴承通过轴承支撑件固定于水槽底部，所述模型箱放置与带凹槽底板的凹槽处，凹槽深度与模型箱底部厚度相同，保证模型箱到位时其底部表面与外部底板表明相平，带凹槽底板外侧设有起吊孔便于起吊增加倾斜角度触发滑坡。
进一步，导轨位于水槽顶部两侧，绞盘、定向轮可以沿导轨调整水平位置，通过绞盘回收钢丝绳使带凹槽底板绕转动轴承转动，带动模型箱内斜坡倾斜角度增大，并最终触发滑坡。
本发明的有益效果是：开展海底滑坡水槽试验时，采用设计的滑坡触发装置与试验方法，能够解决因土体抗剪强度较大，模型箱内斜坡不易发生失稳破坏的情况，能够方便实现海底滑坡的触发，并通过推导出的公式将钢丝绳的回收长度转换为模型箱斜坡的转动角度。
附图说明
图1滑坡触发装置侧视示意图；
图2滑坡触发装置俯视示意图；
图3带凹槽底板固定侧视示意图；
图4带凹槽底板固定正视示意图；
图5模型箱侧视示意图；
图6模型箱俯视示意图；
图7底板转动角度计算示意图。
图中，1.橡胶软连接，2.轴承，3.带凹槽底板，4.起吊孔，5.模型箱，6.绞盘，7.定滑轮，8.滑轨，9.钢丝绳，10.常规底板，11.水槽侧壁加强支撑，12.底部支撑件，13.横向支撑，14.固定螺丝，15.轴承支撑件，16.卡件，17.转动轴，18粗糙底面,19起吊环，20透明有机玻璃，21挡板。
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6所示，常规底板10置于水槽一端底部，带凹槽底板3连接常规底板10并初始水平放置于水槽底部，带凹槽底板3底部设有底部支撑件12，水槽侧壁设有水槽侧壁加强支撑11，橡胶软连接1连接带凹槽底板3与常规底板10，模型箱5放置于带凹槽底板3的凹槽处，带凹槽底板3通过卡件16连接到转动轴17与轴承支撑件15，实现转动功能。带凹槽底板3与常规底板10之间采用橡胶软连接1的柔性设计，以平滑因带凹槽底板3转动引起的连接部位的位移不连续情况。
轴承支撑件15通过固定螺丝14安装在水槽底部。由绞盘6、定滑轮7、滑轨8、钢丝绳9组成的起吊结构通过穿过起吊孔4的钢丝绳9缓慢转动提升带凹槽底板3，带动模型箱5转动，提高模型箱5内倾斜模型角度，最终触发滑坡。水槽顶部设有两根横向支撑13，绞盘6置于一根横向支撑13上，定滑轮7置于另一根横向支撑13上，模型箱5为一侧敞开式，侧壁采用透明有机玻璃20，底部为粗糙底面18防止斜坡模型沿模型箱5底部表面滑出，敞开侧配有与界面相同尺寸的挡板21，在模型土制备时采用密封胶带缠紧固定挡板，切削斜坡模型时拆除。斜坡模型制作完成后通过模型箱5的四角起吊环19将模型安装至带凹槽底板3的凹槽处。
模型箱5安装就位后，沿滑轨8水平调整绞盘6、定滑轮7位置并固定，之后将钢丝绳9连接于带凹槽底板3的起吊孔4。然后水槽逐渐注水至预定水位，通过绞盘6对钢丝绳9施加预拉力使其保持绷紧状态，在绞盘6与定滑轮7之间钢丝绳9处一点进行标记，作为回收长度测量标记点，之后缓慢回收钢丝绳9，当观察到模型箱5内触发滑坡时停止回收，并测量钢丝绳9回收长度ΔL。
图7为带凹槽底板3转动角度计算示意图，B’B为带凹槽底板3初始水平位置，C’C为带凹槽底板3受钢丝绳9拉力转动触发滑坡时对应的位置，此时钢丝绳9回收长度为ΔL，带凹槽底板3旋转的角度α由如下公式计算：
其中，O点为轴承2中心位置，OB等于OC为轴承2到带凹槽底板3的起吊孔距离，等于OD为轴承2到定滑轮7的距离等于/>DB为凹槽底板3转动前定滑轮7到起吊孔4距离，DC为滑坡触发时凹槽底板3转动位置的起吊孔4距离DC等于DB减去钢丝绳9回收长度ΔL。当定滑轮7与轴承2位置确定后，上述参数除ΔL外均可在试验前测定求得。因此只需根据测量的钢丝绳9回收长度ΔL，即可计算滑坡触发时带凹槽底板3与模型箱5的转动角度，最终确定滑坡触发时模型斜坡对应的实际角度。
本发明具有以下优点和积极效果：
本发明针对海底滑坡水槽模拟试验，通过专门设计的可转动的带凹槽底板、橡胶软连接、敞开式模型箱以及绞盘定与滑轮组合结构，形成了一种基于增大斜坡角度的滑坡触发方法，为水下滑坡试验中由于模型土抗剪强度较大不易触发滑坡的情况，提供了一种简单有效的解决方法。
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 (5)

1.一种应用于海底滑坡水槽试验研究的滑坡触发方法，其特征在于：水槽内预先制作斜坡模型，模型箱在带凹槽底板就位后，通过滑轨、绞盘、定滑轮组合起吊带凹槽底板以带动增加模型箱内斜坡模型的倾斜角度触发滑坡，并通过钢丝绳回收长度计算滑坡触发时对应的凹槽底板(3)转动角度；具体包括：
模型箱(5)安装就位后，沿滑轨(8)水平调整绞盘(6)、定滑轮(7)位置并固定，之后将钢丝绳(9)连接于带凹槽底板(3)的起吊孔(4)；然后水槽逐渐注水至预定水位，通过绞盘(6)对钢丝绳(9)施加预拉力使其保持绷紧状态，在绞盘(6)与定滑轮(7)之间钢丝绳(9)处一点进行标记，作为回收长度测量标记点，之后缓慢回收钢丝绳(9)，当观察到模型箱(5)内触发滑坡时停止回收，并测量钢丝绳(9)回收长度ΔL；
在带凹槽底板(3)转动角度计算中，B’B为带凹槽底板(3)初始水平位置，C’C为带凹槽底板(3)受钢丝绳(9)拉力转动触发滑坡时对应的位置，此时钢丝绳(9)回收长度为ΔL，带凹槽底板(3)旋转的角度α由如下公式计算：
其中，O点为轴承(2)中心位置，OB等于OC为轴承(2)到带凹槽底板(3)的起吊孔距离，等于OD为轴承(2)到定滑轮(7)的距离等于/>DB为凹槽底板(3)转动前定滑轮(7)到起吊孔(4)距离，DC为滑坡触发时凹槽底板(3)转动位置的起吊孔(4)距离DC等于DB减去钢丝绳(9)回收长度ΔL；当定滑轮(7)与轴承(2)位置确定后，上述参数除ΔL外均在试验前测定求得；只需根据测量的钢丝绳(9)回收长度ΔL，计算滑坡触发时带凹槽底板(3)与模型箱(5)的转动角度，最终确定滑坡触发时模型斜坡对应的实际角度。
2.根据权利要求1所述的应用于海底滑坡水槽试验研究的滑坡触发方法，其特征在于：带凹槽底板(3)连接常规底板(10)并倾斜放置于水槽底部，常规底板(10)置于水槽一端底部，橡胶软连接带凹槽底板(3)与常规底板(10)，模型箱放置于带凹槽底板(3)的凹槽处，带凹槽底板(3)通过卡件连接到转动轴与轴承支撑件，实现转动功能，由绞盘、定滑轮、滑轨、钢丝绳组成的起吊结构通过穿过起吊孔的钢丝绳转动提升带凹槽底板(3)，带动模型箱转动，提高模型箱内倾斜模型角度，最终触发滑坡，水槽顶部设有两根横向支持，绞盘置于一根横向支持上，定滑轮置于另一根横向支撑上。
3.根据权利要求2所述的应用于海底滑坡水槽试验研究的滑坡触发方法，其特征在于：所述模型箱为一侧敞开式，侧壁采用透明有机玻璃，底部为粗糙底面防止斜坡模型沿模型箱底部表面滑出，敞开侧配有与界面相同尺寸的挡板。
4.根据权利要求2所述的应用于海底滑坡水槽试验研究的滑坡触发方法，其特征在于：所述凹槽底板底部通过卡件与转动轴连接，转动轴连接轴承实现转动，轴承通过轴承支撑件固定于水槽底部，所述模型箱放置与带凹槽底板的凹槽处，凹槽深度与模型箱底部厚度相同，保证模型箱到位时其底部表面与外部底板表明相平，带凹槽底板外侧设有起吊孔便于起吊增加倾斜角度触发滑坡。
5.根据权利要求2所述的应用于海底滑坡水槽试验研究的滑坡触发方法，其特征在于：所述滑轨位于水槽顶部两侧，绞盘、定向轮沿滑轨调整水平位置，通过绞盘回收钢丝绳使带凹槽底板绕转动轴承转动，带动模型箱内斜坡倾斜角度增大，并最终触发滑坡。
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