CN110793845A - 一种用于海洋土强度测试贯入装置的搭载平台及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于海洋土强度测试贯入装置的搭载平台及使用方法，属于海底土体强度测试技术领域。包括贯入底板、贯入器安装孔、贯入底板安装孔，水平调平水准泡，竖直调平水准泡，摄像采集装置和滑动导轨。首先根据实际工程背景，确定贯入底板的形状、尺寸、材质；其次可以选择是否安装滑动导轨，然后将多个贯入仪器安装到贯入器安装孔上；然后通过贯入底板安装孔将其固定在贯入系统上，在此安装过程中，需保持水平调平水准泡，竖直调平水准泡居中；最后将摄像采集装置安装到指定位置，开展强度贯入试验。本发明既解决了原位测试过程中单杆测试强度可靠度低的问题，避免了室内测试中模型箱内土体利用率低的矛盾，也扩大土体强度的测量范围。
Description
技术领域
本发明属于海底土体强度测试技术领域，尤其涉及一种用于海洋土强度测试贯入装置的搭载平台。
背景技术
随着国家海洋强国战略的逐步落实，海洋平台搭建、海底管线铺设、海底天然气水合物的开采等海洋工程建设正在如火如荼的进行中。海底土体强度测试是开展上述工程活动的前提基础，为平台建设、基础设计、海底资源开发、海底斜坡稳定性评价等提供参考。鉴于此，开展海底土体强度测试至关重要，但仍然存在以下几点问题亟待解决：
1.海洋地质环境复杂，海床表面土体主要为软粘土，其强度较低；但海床也存在砂土层，其强度较高；同时还存在砂土粘土互层现象，其强度通过目前仪器不能得到较好的测试结果，一直是困扰国内外学者的难题。由此可见，全范围覆盖海洋土体强度测试装置的研制迫在眉睫。
2.海洋土体强度测试主要分为两种，原位测试和室内土工测试。原位测试将通过运载平台将测试装置运送到海床表面，进而展开相关强度测试。室内测试主要分为1g土工试验和ng离心试验。在原位测试过程中，由于海洋土体具有较强的结构性和不均质性，因此单杆贯入测试不能很好的评价土体强度特性；在室内1g试验和ng离心试验过程中，模型箱固结周期较长，而且离心试验耗时、耗力，提高模型箱内土体的利用率可极大提高工作效率和推动科研进展。
3.经过国内外学者的研究发现，球形贯入仪、T形贯入仪其测试软土强度结果准确，而锥形贯入仪测试砂土或软硬夹层土体强度更为准确。全流动贯入装置与静力触探装置联合测试土体强度，并根据测试结果进行强度修正工作，相关研究进展缓慢。
发明内容
为了解决当前原位强度测试与室内强度测试的不足，本发明提供一种满足原位条件和室内条件下的用于海洋土强度测试贯入装置的搭载平台，保证多杆联动贯入。多杆联动是指多个贯入器固定在贯入底板上共同向土体内贯入，既解决了原位测试过程中单杆测试强度可靠度低的问题，也解决了室内测试中模型箱内土体利用率低的问题，同时也可以实现不同土体强度范围的覆盖。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种用于海洋土强度测试贯入装置的搭载平台，所述的搭载平台包括贯入底板1、贯入器安装孔2、贯入底板安装孔3，水平调平水准泡4，竖直调平水准泡5和摄像采集装置6。
所述的贯入底板1为板形结构，具体形状、尺寸和材质根据实际工程需求设计；原位测试试验需要考虑运载平台大小，保证能够在运载平台内安装，同时需要考虑深海环境下贯入底板材料的高压不变形性和耐腐蚀性；室内试验需要考虑模型箱大小，保证贯入底板1不与模型箱边缘发生接触摩擦，能够顺利出入模型箱。
所述的贯入器安装孔2为分布于贯入底板1上的圆形孔，用于安装贯入器，贯入器安装孔2的分布位置根据实际工程需求设计，并满足：两个贯入器安装孔2的中心距离不小于安装在两个贯入器安装孔2上贯入器探头直径之和的两倍，同时保证能在贯入底板1上完成尽可能多的布设贯入器安装孔；贯入器安装孔2可安装球形贯入器、T形贯入器、锥形贯入器、纺锤形贯入器或十字板形贯入器，当安装十字板形贯入器时，贯入底板1与十字板贯入器固定安装。
所述的贯入底板安装孔3为分布于贯入底板1边缘处的圆形孔，用于将贯入底板1安装在贯入系统上；根据贯入底板1确定具体贯入底板安装孔3的位置。
所述的水平调平水准泡4和竖直调平水准泡5安装在贯入底板1上，水平调平水准泡4的轴线与竖直调平水准泡5的轴线垂直，并且水平调平水准泡4与竖直调平水准泡5的轴线分别平行于贯入底板1，水平调平水准泡4与竖直调平水准泡5可定期更换。
所述的摄像采集装置6安装在贯入底板1上，用于实时监控贯入过程中水平调平水准泡4和竖直调平水准泡5的水准泡是否居中，以此判别贯入数据的有效性和合理性，便于解释强度测试数据结果；同时，在原位测试过程中用于测试勘察，明确贯入地形情况；在室内测试过程中，用于记录贯入过程、贯入始末时间，方便后期数据处理。
进一步的，所述的贯入底板1的形状优选为圆形、三角形、矩形、正方形、菱形或正五边形。
进一步的，所述的贯入底板1的材质优选为铝合金材质或有机玻璃。
进一步的，所述的贯入器安装孔2以贯入底板1的轴线对称设置。
进一步的，当贯入底板1为三角形、矩形、正方形或菱形时，贯入底板1的每一个顶点处均设置贯入底板安装孔3。
进一步的，当贯入底板1为正五边形时，贯入底板1的任意一条边上的两个角点在位于该边垂直平分线上的角点设置贯入底板安装孔3，并且优选在贯入底板1的形心处设置贯入底板安装孔3。
进一步的，当贯入底板1为圆形时，当贯入底板1的边缘处等间隔的设置四个贯入底板安装孔3。
进一步的，所述的贯入底板1为圆形时，将水平调平水准泡4位于下半圆的中心线处，竖直调平水准泡5位于上半圆的中心线处。
进一步的，所述的贯入底板1为三角形或正五边形时，竖直调平水准泡5位于形心处。
进一步的，一种用于海洋土强度测试贯入装置的搭载平台还包括滑行导轨7，根据实际工程需求选择是否安装滑行导轨7；所述的滑行导轨7安装在贯入底板1上，当安装滑行导轨7时，在滑行导轨7上设置滑动件，贯入器安装孔2设置在滑动件上。通过远程操控器给予指令控制滑动块的位置，适用于原位测试和室内试验。原位试验安装滑行导轨7可节约测试成本、提高测试效率；室内试验安装滑行导轨7可缩短室内试验周期(土样固结到开展试验)，提高贯入箱内土体的利用率。
进一步的，当贯入底板1上只安装一种贯入器时，在贯入底板1上安装滑行导轨7，以实现贯入器在贯入底板1范围内的任意贯入试验。
进一步的，当贯入底板1上安装多种贯入器时，在贯入底板1上安装滑行导轨7，可实现贯入器沿板边某一方向上的多次贯入试验。
一种用于海洋土强度测试贯入装置的搭载平台的使用方法，所述的搭载平台使用方法包括可以进行原位强度测试的安装方法、室内1g强度测试的安装方法和室内ng离心强度测试的安装方法；
一、原位强度测试安装方法，包括以下步骤：
步骤1、根据实际工程需求、依据运载平台尺寸，选择贯入底板1的形状、尺寸、材质，保证贯入底板1的耐腐蚀性和高压不变形性；
步骤2、根据实际工程需求选择是否在贯入底板1上安装滑动导轨7；
步骤3、将多种(包含1种)贯入器安装到贯入器安装孔2上；
步骤4、通过贯入底板安装孔3将贯入底板1固定在贯入系统上；
步骤5、安装摄像采集装置6；在此安装过程中，通过摄像采集装置6实时监控水平调平水准泡4和竖直调平水准泡5的水准泡是否处于居中状态。
完成上述步骤后即可开展强度贯入试验。
二、室内1g强度测试安装方法，包括以下步骤：
步骤1、根据实际工程需求、模型试验箱和贯入电机尺寸，选择贯入底板1的形状、尺寸、材质；
步骤2、根据实际工程需求选择是否在贯入底板1上添加滑动导轨7；
步骤3、将多个(包含1个)贯入仪器安装到贯入底板1的贯入器安装孔2上；
步骤4、通过贯入底板安装孔3将贯入底板1固定在贯入系统上；
步骤5、安装摄像采集装置6；在此安装过程中，通过摄像采集装置6实时监控水平调平水准泡4，竖直调平水准泡5的水准泡是否处于居中状态。
完成上述步骤后即可开展强度贯入试验。
三、室内ng离心强度测试安装方法，包括以下步骤：
步骤1、根据实际工程需求、离心机的工作空间和模型箱尺寸，选择贯入底板1的形状、尺寸、材质；
步骤2、根据实际工程需求选择是否在贯入底板1上添加滑动导轨7；
步骤3、将多杆贯入仪器安装到贯入底板1的贯入器安装孔2上；
步骤4、通过贯入底板安装孔3将贯入底板1固定在贯入系统上；
步骤5、安装摄像采集装置6；在此安装过程中，通过摄像采集装置6实时监控水平调平水准泡4，竖直调平水准泡5的水准泡是否处于居中状态；
完成上述步骤后即可开展强度贯入试验。
本发明的效果和益处是：装置结构简单，安装方便，底板构形可根据不同试验条件自主更换和设计，同时辅以水准泡调平保证贯入装置的垂直性，以及通过摄像采集装置，观察原位测试地形情况，记录室内试验始末时间，为后期数据处理提供便利，便于工程实际与科学研究应用。
附图说明
图1是装置的整体示意图；
图2是装置的俯视图；
图3是安装滑行导轨的多杆贯入装置整体示意图；
图4是安装滑行导轨的单杆贯入装置整体示意图。
图中：1、贯入底板；2、贯入器安装孔；3、贯入底板安装孔；4、水平调平水准泡；5、竖直调平水准泡；6、摄像采集装置；7、滑动导轨。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，以下参照附图并结合具体实施方式来进一步描述本发明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施，本发明保护范围并不受限于该具体实施方式。显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1、2所示的一种用于海洋土强度测试贯入装置的搭载平台，包括贯入底板1、贯入器安装孔2、贯入底板安装孔3，水平调平水准泡4，竖直调平水准泡5和摄像采集装置6。其使用方法包括以下步骤：
步骤1、所述的贯入底板1设计为矩形板，其尺寸为270mm×240mm×6mm，采用铝合金材质。
步骤2、本实施例不安装滑动导轨7；
步骤3、其次将球形贯入器、锥形贯入器、T形贯入器安装到贯入底板1的贯入器安装孔2上。
步骤4、通过贯入底板安装孔3将带有3杆贯入器的贯入底板1，通过贯入底板安装孔3将其固定在贯入系统上；
步骤5、安装摄像采集装置6；与此同时在此安装过程中，保证水平调平水准泡4和竖直调平水准泡5的水准泡均处于居中状态。
完成上述步骤后，离心机准备进行加速旋转，当离心机旋转到预设n值条件后，控制电机使得携带3杆联动贯入器的贯入底板平行模型箱土面，进而完成贯入和拔出循环过程。试验结束后，拆卸各个组件，读取并保存试验数据，开展数据整理工作，给出不同装置的测试强度结果，分析比较综合评价，最终给出土体强度值，指导工程建设和海洋斜坡稳定性评价。
实施例2
如图3、4所示的一种用于海洋土强度测试贯入装置的搭载平台，包括贯入底板1、贯入器安装孔2、贯入底板安装孔3，水平调平水准泡4，竖直调平水准泡5和摄像采集装置6、滑行导轨7。其使用方法包括以下步骤：
步骤1、所述的贯入底板1设计为矩形板，其尺寸为270mm×240mm×6mm，采用铝合金材质。
步骤2、本实施例安装滑动导轨7；
步骤3、其次将球形贯入器、锥形贯入器、T形贯入器安装到滑行导轨7上面布设的贯入器安装孔2上，且贯入器安装孔2可以在滑行导轨7上通过远程命令控制移动。
步骤4、通过贯入底板安装孔3将带有3杆(图3)或者单杆(图4)贯入器的贯入底板1，通过贯入底板安装孔3将其固定在贯入系统上；
步骤5、安装摄像采集装置6；与此同时在此安装过程中，保证水平调平水准泡4和竖直调平水准泡5的水准泡均处于居中状态。
完成上述步骤后，控制电机使得携带3杆联动贯入器或单杆贯入器的贯入底板平行模型箱土面，进而完成贯入和拔出循环过程。试验过程中通过远程命令控制移动贯入器的位置，测试模型箱内不同位置处的土体强度。试验结束后，拆卸各个组件，读取并保存试验数据，开展数据整理工作，给出不同装置的测试强度结果，分析比较综合评价，最终给出土体强度值，指导工程建设和海洋斜坡稳定性评价。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于海洋土强度测试贯入装置的搭载平台，其特征在于，所述的搭载平台包括贯入底板(1)、贯入器安装孔(2)、贯入底板安装孔(3)，水平调平水准泡(4)，竖直调平水准泡(5)和摄像采集装置(6)；
所述的贯入底板(1)为板形结构，具体形状、尺寸和材质根据实际工程需求设计；
所述的贯入器安装孔(2)为分布于贯入底板(1)上的圆形孔，用于安装贯入器，贯入器安装孔(2)的分布位置根据实际工程需求设计，并满足：两个贯入器安装孔(2)的中心距离不小于安装在两个贯入器安装孔(2)上贯入器探头直径之和的两倍；
所述的贯入底板安装孔(3)为分布于贯入底板(1)边缘处的圆形孔，用于将贯入底板(1)安装在贯入系统上；根据贯入底板(1)确定贯入底板安装孔(3)的位置；
所述的水平调平水准泡(4)和竖直调平水准泡(5)安装在贯入底板(1)上，水平调平水准泡(4)的轴线与竖直调平水准泡(5)的轴线垂直，并且水平调平水准泡(4)与竖直调平水准泡(5)的轴线分别平行于贯入底板(1)；
所述的摄像采集装置(6)安装在贯入底板(1)上，用于实时监控贯入过程中水平调平水准泡(4)和竖直调平水准泡(5)的水准泡是否居中。
2.根据权利要求1所述的一种用于海洋土强度测试贯入装置的搭载平台，其特征在于，所述的贯入底板(1)的材质为铝合金材质或有机玻璃，贯入底板(1)的形状为圆形、三角形、矩形、菱形或正五边形。
3.根据权利要求2所述的一种用于海洋土强度测试贯入装置的搭载平台，其特征在于，当贯入底板(1)为三角形、矩形或菱形时，贯入底板(1)的每一个顶点处均设置贯入底板安装孔(3)。
4.根据权利要求2所述的一种用于海洋土强度测试贯入装置的搭载平台，其特征在于，当贯入底板(1)为正五边形时，贯入底板(1)的任意一条边上的两个角点及在位于该边垂直平分线上的角点设置贯入底板安装孔(3)，并且在贯入底板(1)的形心处设置贯入底板安装孔(3)。
5.根据权利要求2所述的一种用于海洋土强度测试贯入装置的搭载平台，其特征在于，当贯入底板(1)为圆形时，贯入底板(1)的边缘处等间隔的设置四个贯入底板安装孔(3)；所述的水平调平水准泡(4)位于下半圆的中心线处，竖直调平水准泡(5)位于上半圆的中心线处。
6.根据权利要求2所述的贯入底板(1)，其特征在于，当贯入底板(1)为三角形或五边形时，竖直调平水准泡(5)位于形心处。
7.根据权利要求1所述的一种用于海洋土强度测试贯入装置的搭载平台，其特征在于，还包括滑动导轨(7)，根据实际工程需求选择是否安装滑动导轨(7)；所述的滑动导轨(7)安装在贯入底板(1)上，当安装滑动导轨(7)时，在滑动导轨(7)上设置滑动件，贯入器安装孔(2)设置在滑动件上。
8.一种用于海洋土强度测试贯入装置的搭载平台的使用方法，其特征在于，进行原位强度测试时，包括以下步骤：
步骤1、根据实际工程需求、依据运载平台尺寸，选择贯入底板(1)的形状、尺寸、材质，保证贯入底板(1)的耐腐蚀性和高压不变形性；
步骤2、根据实际工程需求选择是否在贯入底板(1)上安装滑动导轨(7)；
步骤3、将贯入器安装到贯入器安装孔(2)上；
步骤4、通过贯入底板安装孔(3)将贯入底板(1)固定在贯入系统上；
步骤5、安装摄像采集装置(6)；在此安装过程中，通过摄像采集装置(6)实时监控水平调平水准泡(4)和竖直调平水准泡(5)的水准泡是否处于居中状态；
完成上述步骤后即可开展强度贯入试验。
9.一种用于海洋土强度测试贯入装置的搭载平台的使用方法，其特征在于，进行室内1g强度测试时，包括以下步骤：
步骤1、根据实际工程需求、模型试验箱和贯入电机尺寸，选择贯入底板(1)的形状、尺寸、材质；
步骤2、根据实际工程需求选择是否在贯入底板(1)上添加滑动导轨(7)；
步骤3、将贯入仪器安装到贯入底板(1)的贯入器安装孔(2)上；
步骤4、通过贯入底板安装孔(3)将贯入底板(1)固定在贯入系统上；
步骤5、安装摄像采集装置(6)；在此安装过程中，通过摄像采集装置(6)实时监控水平调平水准泡(4)，竖直调平水准泡(5)的水准泡是否处于居中状态；
完成上述步骤后即可开展强度贯入试验。
10.一种用于海洋土强度测试贯入装置的搭载平台的使用方法，其特征在于，进行室内ng离心强度测试时，包括以下步骤：
步骤1、根据实际工程需求、离心机的工作空间和模型箱尺寸，选择贯入底板(1)的形状、尺寸、材质；
步骤2、根据实际工程需求选择是否在贯入底板(1)上添加滑动导轨(7)；
步骤3、将多杆贯入仪器安装到贯入底板(1)的贯入器安装孔(2)上；
步骤4、通过贯入底板安装孔(3)将贯入底板(1)固定在贯入系统上；
步骤5、安装摄像采集装置(6)；在此安装过程中，通过摄像采集装置(6)实时监控水平调平水准泡(4)，竖直调平水准泡(5)的水准泡是否处于居中状态；
完成上述步骤后即可开展强度贯入试验。
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