CN114894624A - 基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置及测量方法，其中，试验装置包括支撑架、卷扬机、提拉板、连接卷扬机和提拉板的上吊绳、安装于上吊绳上的测力机构、两个锚板机构、以及两根下吊绳，下吊绳和锚板机构均位于上吊绳两侧；锚板机构包括模型箱、填充于模型箱内的土样、埋设于土样内的锚板、以及用于调节锚板的拉拔角度的滑轮组件，各下吊绳的一端连接提拉板，另一端连接相对应的锚板机构的锚板。本发明能够进行双锚板拉拔力测量试验，揭示双锚板共同作用下的破坏模式和拉拔力的规律分析，并能得到双锚板在不同的埋置深度、埋设角度和相对位置组合作用下，对锚板极限拉拔力的影响规律和发挥过程。

Description

基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置及测量方法
技术领域
本发明涉及锚板试验领域，特别是基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置及测量方法。
背景技术
巨量的海洋能源中，海洋原油和海洋天然气占据主导地位。目前，国内外海洋油气资源主要通过海洋管道运送至陆地或中转站。在海洋洋流、波浪以及海水浮力多重作用下，油气管道的稳定性是保障油气资源顺利运输的关键。海洋油气管道具有长（纵长）、大（直径）、深（埋深）的特点，其主要通过固定架（平台）经由若干对锚板锚固于海洋底部。基于上述锚固方式，海洋油气管道的自重和复杂外部荷载首先传递至固定架（平台），再经固定架（平台）作用于沿管道纵向成对排列的锚板上，最后由锚板基础扩展至海底基床上。为了有效评估复杂海洋环境下油气管道的稳定性，提出不同工况条件下的油气管道锚固方案，有必要开展群锚作用下固定架（平台）的受力机制，揭示海床地基中群锚基础的变形破坏机理。
因成本低、可操作性强、仿真性高，室内缩尺模型试验成为开展上述研究的有效手段之一。查阅已公开或已授权的专利可知，围绕锚板室内模型试验给定的试验装置主要包括以下几种：
专利1，申请号：CN202110789347.9，给出了一种包含强降雨-干旱极端气候模拟系统的可视化锚板拉拔试验装置，以模拟强降雨-干旱极端气候条件下水平锚板基础的弱化效应；
专利2，申请号：CN202010750278.6，设计了一种基于透明土的锚板拉拔试验装置、系统和方法，主要解决单个垂直锚板拉拔过程中周围土体的三维变形观测问题；
专利3，申请号：CN202111431236.7，设计了一种平面内单锚拉拔失效试验装置，实现了不同拉拔方向下单个锚板面内受力破坏的过程模拟。
尽管上述试验装置能够实现特定目的下的锚板拉板试验，但就基于锚板基础的海洋管线类结构而言，仍然存在许多不足：
（1）纵深较大的管线结构是由若干对位于管道纵向两侧的双锚板锚固，且锚板上部与固定架（平台）连接，现有试验装置均无法实现双锚板的拉拔过程模拟，且直接将拉拔力施加于锚板拉杆，而没有考虑固定架（平台）与锚板间的互馈反应机制；
（2）海洋底部并非平坦场地，成对锚板基础的埋设深度、角度与海床具体形态和地质条件密切相关，现有试验装置无法模拟双锚板任意埋深和倾角下的拉拔破坏过程，以及该复杂埋设条件下锚板与固定架（平台）的响应规律。
发明内容
基于此，有必要针对现有锚板拉拔力测量试验装置无法模拟双锚板任意埋深和倾角下的拉拔破坏过程的问题，本发明提供一种基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置及测量方法，它能够进行双锚板拉拔试验，揭示双锚板共同作用下的破坏模式和抗拔力的规律分析，并能得到双锚板在不同的埋置深度、埋设角度和相对位置组合作用下，对锚板极限拉拔力的影响规律和发挥过程，以达到指导锚板工程设计的目的。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置，其特征在于，包括支撑架、安装于所述支撑架上的卷扬机、位于所述卷扬机下方的提拉板、连接所述卷扬机和所述提拉板的上吊绳、安装于所述上吊绳上的测力机构、设于所述提拉板下方的两个锚板机构、以及两根下吊绳，所述下吊绳和所述锚板机构均位于所述上吊绳两侧，且一一对应设置；所述锚板机构包括模型箱、填充于所述模型箱内的土样、埋设于所述土样内的锚板、以及滑轮组件；所述模型箱内具有靠近所述提拉板近侧壁，所述近侧壁上设有竖向开缝；所述滑轮组件对应所述竖向开缝可滑动安装于所述近侧壁上；所述滑轮组件包括定滑轮，各所述下吊绳的一端连接提拉板，另一端连接相对应的所述锚板机构的锚板；
所述下吊绳具有第一状态和第二状态，当所述下吊绳处于第一状态时，所述下吊绳远离所述提拉板的一端穿过模型箱的顶部敞口连接所述锚板；当所述下吊绳处于第二状态时，所述下吊绳远离所述提拉板的一端绕过所述滑轮组件穿过所述竖向开缝后连接所述锚板。
本发明所述的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置，通过设置两个模型箱，将两个锚板分别埋设于模型箱的土样内，再设置卷扬机、提拉板以及连接卷扬机和提拉板的上吊绳，将两个下吊绳连接提拉板，并且在各模型箱靠近提拉板的近侧壁上设置竖向开缝和安装可相对于近侧壁滑动的滑轮组件，试验时，卷扬机可通过上吊绳、提拉板和两个下吊绳，分别给两个模型箱内放置的锚板施加拉拔力，实现双锚板的拉拔试验，而且还可结合模型箱的竖向开缝和可滑动的滑轮组件来调节临近锚板的下吊绳与水平线的夹角，实现沿0°-90°范围内任一角度的锚板拉拔。故本发明的试验装置能够进行双锚板拉拔力测量试验，揭示双锚板在共同作用下的破坏模式和拉拔力的规律分析，并能得到双锚板在不同的埋置深度、埋置角度和相对位置组合作用下，对锚板极限拉拔力的影响规律和发挥过程，能达到指导锚板工程设计的目的，而且本发明的试验装置还结构简单，成本低。
在其中一实施例中，所述支撑架包括支撑顶板、支撑脚板以及支撑杆，所述支撑顶板上设有的穿绳孔，所述上吊绳穿过所述穿绳孔；所述支撑脚板位于所述支撑顶板的下方，所述支撑杆和所述支撑脚板的数量相等，且一一对应设置，各所述支撑杆的一端均连接所述支撑顶板，另一端分别连接相对应的所述支撑脚板。
在其中一实施例中，所述上吊绳的中心线和两所述下吊绳的中心线位于同一平面设置。
在其中一实施例中，所述模型箱上设置侧位相机和激光位移传感器，其中，所述侧位相机用于捕捉卷扬机收绳过程中土样上表面的变形；所述激光位移传感器用于捕捉卷扬机收绳过程中土样上表面的位移。
在其中一实施例中，所述模型箱还具有前壁，所述前壁采用透明材料制成；所述前壁的前方架设有前位相机，所述前位相机用于捕捉所述土样的侧部变形。
在其中一实施例中，所述提拉板上具有两下绳连接点，两所述下绳连接点关于所述提拉板的中心线对称设置，两所述下吊绳分别连接两所述下绳连接点。
一种基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置的测量方法，基于如上所述的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置，具体测量步骤如下：
S1、将支撑架安装于试验场地上；
S2、将卷扬机安装于所述支撑架上；
S3、在上吊绳上安装测力机构，通过所述上吊绳连接所述提拉板的中心和所述卷扬机，所述提拉板具有两个下绳连接点，两个下绳连接点关于所述提拉板的中心线对称；
S4、预先设定好两个所述滑轮组件的所述定滑轮至相对应的所述提拉板的所述下绳连接点的水平距离t cp，根据该预先设定的水平距离t cp，将两个开设好所述竖向开缝和安装好所述滑轮组件的所述模型箱放置于试验场地上并摆好位；
S5预先确定各所述锚板在相对应的所述模型箱内的预埋深度h 4、预拉拔角度θ和 距离所述近侧壁的内侧壁的预埋水平距离t sb，并预先确定所述土样的填充高度h 3 ，再测量 出各所述锚板相对应的所述近侧壁的厚度t b、所述定滑轮中心到所述近侧壁的水平距离t bc、所述定滑轮的半径R、所述模型箱上缘至所述提拉板的所述下绳连接点的竖向距离h 1、 所述模型箱的净高度h 2、以及所述定滑轮中心到所述模型箱上缘的竖向距离h c，其中，所述 锚板的预拉拔角度θ为临近所述锚板的所述下吊绳部分与水平线的夹角；根据公式
Figure 245336DEST_PATH_IMAGE002
，计算出各下吊绳需要绕过滑轮组件的临界角度θ’，θ’为提拉 板的下绳连接点、锚板、以及定滑轮与所述下吊绳的接触点在同一条直线上时所述下吊绳 与水平线的夹角，其中：
Figure 332241DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，
当
Figure 868264DEST_PATH_IMAGE006
时，所述下吊绳无需绕过所述定滑轮；当
Figure 40620DEST_PATH_IMAGE008
时，所述下吊绳 需绕过所述定滑轮；
S6、根据步骤S5中的所得的数据计算出所述下吊绳的长度，若所述下吊绳需绕过定滑轮，还应计算出所述定滑轮的中心至所述模型箱上缘的竖向距离，并将所述定滑轮滑动至相对应的位置，并予以固定；
S7、根据步骤S6的计算结果，提供两根所需长度的下吊绳，两根所述下吊绳与所述模型箱一一对应设置，将两根所述下吊绳的一端分别连接所述提拉板的两个下绳连接点，另一端根据预拉拔角度θ和相对应的临界角度θ’的比较结果，选择不穿过相对应的所述模型箱的竖直开缝直接连接相对应的锚板，或选择绕过所述定滑轮穿过所述竖直开缝后连接相对应的锚板；
S8、将土样填入至模型箱内，当填充高度与所述锚板的预埋深度h 4相等时，根据预埋深度h 4和预埋水平距离t sb，将所述锚板放入至土样表面指定位置并固定，然后继续填充土样于模型箱内，直至土样填充至指定高度；
S9、所述模型箱具有透明前壁，在各所述模型箱上安装侧位相机和激光位移传感器，并在各所述模型箱的前壁的正前方架设前位相机；
S10、启动卷扬机进行加载，开启所述侧位相机和所述前位相机，捕捉所述土样变形。
在其中一实施例中，在步骤S6中，通过如下公式计算出下吊绳的长度，具体为：
当
Figure 54712DEST_PATH_IMAGE006
时，所述下吊绳的长度为:
Figure 261702DEST_PATH_IMAGE010
；
当
Figure DEST_PATH_IMAGE011
时，所述定滑轮几何中心至所述模型箱上缘竖向距离为：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
；
锚板中心至定滑轮下缘切点处的下吊绳长度为：
Figure DEST_PATH_IMAGE015
；
定滑轮切点至提拉板角点处的下吊绳长度为：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
；
故下吊绳的长度为：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
;
当
Figure 470092DEST_PATH_IMAGE020
时，下吊绳的长度为：
L=H；
其中：
Figure 254377DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 947527DEST_PATH_IMAGE022
；
Figure DEST_PATH_IMAGE023
；
上式中：
h 1为所述模型箱上缘至所述提拉板连接所述下吊绳的下绳连接点的竖向距离；
h 2为所述模型箱净高（不含模型箱底板厚度）；
h 3为所述土样高度；
h 4为所述锚板埋置深度；
h c为所述定滑轮的几何中心到所述模型箱上缘的竖向距离；
H为所述锚板的中心点到提拉板的下绳连接点所在水平面的竖向距离；
T为所述提拉板的下绳连接点到所述锚板的几何中心之间的水平距离；
t a为所述锚板厚度；
θ为所述下吊绳与水平线夹角；
θ a为当使用所述定滑轮时，此时位于所述定滑轮下方的所述下吊绳与水平线的夹角；
θ b为当使用所述定滑轮时，此时位于所述定滑轮上方的所述下吊绳与水平线的夹角；
θ’为所述提拉板的下绳连接点、所述锚板的几何中心和所述定滑轮与所述下吊绳的接触点在同一直线上时，所述下吊绳与水平线的夹角；
t sb为所述锚板几何中心至所述模型箱的近侧壁内侧的水平距离；
t b为所述模型箱的所述近侧壁的厚度；
t cp为所述定滑轮的中心点到所述提拉板的下绳连接点的水平距离；
t bc为所述定滑轮中心至所述模型箱的近侧壁的外侧面的水平距离；
R为所述定滑轮半径；
其中，h 1、h 2、t a、θ b、t b、t bc、t cp、R均通过测量所得，而θ、θ a、h 3、h 4、t sb则为根据试验需要预先设定的数据。
在其中一实施例中，在所述步骤S10之后还包括步骤：
S11、通过所述测力机构读出试验过程中所述卷扬机所施加的牵引力，并分别计算所述两个下吊绳所受到的拉拔力。
在其中一实施例中，，设定两所述下吊绳分别为第一下吊绳和第二下吊绳，则所述第一下吊绳的拉拔力F 1和所述第二下吊绳的拉拔力F 2通过如下公式计算出：
若所述提拉板保持水平，得出:
所述第一下吊绳所受到的拉拔力F 1为：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
;
所述第二下吊绳所受到的拉拔力F 2为：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
;
若所述提拉板倾斜，并左翘右倾，得出：
所述第一下吊绳所受到的拉拔力为：
Figure DEST_PATH_IMAGE029
；
所述第二下吊绳所受到的拉拔力为：
Figure DEST_PATH_IMAGE031
；
若所述提拉板倾斜并左倾右翘，得出：
所述第一下吊绳所受到的拉拔力为：
Figure DEST_PATH_IMAGE033
；
所述第二下吊绳所受到的拉拔力为：
Figure DEST_PATH_IMAGE035
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE037
；
上式中：
α为所述提拉板倾斜的角度；
F为所述测力机构的量测数值；
L t为所述提拉板的下绳连接点至所述提拉板的中心线的垂直距离；
h t为所述提拉板倾斜之后其一半在铅锤线上的投影距离；
当所述第一下吊绳不绕过所述定滑轮时，θ 1为所述第一下吊绳与水平线的夹角；当所述第一下吊绳绕过所述定滑轮时，θ 1为位于所述定滑轮上方的第一下吊绳与水平线的夹角；
当所述第二下吊绳不绕过定所述滑轮时，θ 2为所述第二下吊绳与水平线的夹角；当所述第二下吊绳绕过所述定滑轮时，θ 2为位于所述定滑轮和所述提拉板之间的所述第二下吊绳与水平线的夹角；
F通过所述测力机构测出；L t 、h t通过测量得出，当所述第一下吊绳没有绕过所述定滑轮时，θ 1为根据实验需求预先设定的角度，当所述第一下吊绳绕过所述定滑轮时，θ 1通过测量得出；当第二下吊绳没有绕过所述定滑轮时，θ 2为根据实验需求预先设定的角度，当第二下吊绳绕过所述定滑轮时，θ 2通过测量所得。
本发明的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置的测量方法，在做试验时，通过两下吊绳的密切组合，以及滑轮组件和竖向开缝的配合，能够模拟出同一相对位置不同埋设角度对两锚板承载力的影响，也能模拟出同一埋置角度不同相对位置对两锚板承载力的影响，从而能够达到指导锚板工程设计的目的。
另外，通过设置两个模型箱前壁采用透明材料制成并预设定位标记点，并在近侧壁上安装侧位相机和激光位移传感器，以及在前壁的正前方架设前位相机，可以实时精准捕捉锚板运动轨迹及土样变形和破坏形态。
附图说明
图1是本发明的一实施例所述的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置的结构正视图；
图2为图1中的模型箱的近侧壁的侧视图；
图3为图1所示的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置在连接锚板的下 吊绳与水平线的夹角处于
Figure DEST_PATH_IMAGE039
时的局部示意图；
图4为图1所示的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置在连接锚板的下 吊绳与水平线的夹角处于
Figure DEST_PATH_IMAGE041
时的局部示意图；
图5为图1所示的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置在连接锚板的下 吊绳与水平线的夹角处于
Figure DEST_PATH_IMAGE043
时的局部示意图；
图6为其中一实施例所示的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置在第一下吊绳和第二下吊绳均不绕过定滑轮，提拉板保持水平时的局部示意图；
图7为图6所示的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置在第一下吊绳和第二下吊绳均不绕过定滑轮，提拉板处于左翘右倾时的局部示意图；
图8为图6所示的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置在第一下吊绳和第二下吊绳均不绕过定滑轮，提拉板保持左倾右翘时的局部示意图；
图9为本发明其中一实施例所述的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置在第一下吊绳和第二下吊绳均绕过定滑轮，提拉板保持水平时的局部示意图；
图10为图9所示的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置在第一下吊绳和第二下吊绳均绕过定滑轮，提拉板处于左翘右倾时的局部示意图；
图11为图9所示的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置在第一下吊绳和第二下吊绳均绕过定滑轮，提拉板处于左倾右翘时的局部示意图；
图12为本发明其中一实施例所述的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置在第一下吊绳绕过定滑轮，第二下吊绳不绕过定滑轮，提拉板保持水平时的局部示意图；
图13为图12所示的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置在第一下吊绳绕过定滑轮，第二下吊绳不绕过定滑轮，提拉板处于左翘右倾时的局部示意图；
图14为图12所示的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置在第一下吊绳绕过定滑轮，第二下吊绳不绕过定滑轮，提拉板处于左倾右翘时的局部示意图；
图15为本发明中位于锚板和提拉板之间的下吊绳长度可调的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置的局部示意图。
图中：1、支撑架；11、支撑顶板；111、穿绳孔；12、支撑脚板；13、膨胀螺母；14、支撑杆；15、底座；2、卷扬机；3、提拉板；31、竖向方形穿孔；32、紧固孔；4、上吊绳；5、测力机构；61、模型箱；611、近侧壁；612、竖向开缝；613、竖向滑移轨道；62、土样；63、锚板；64、滑轮组件；641、定滑轮；7、下吊绳；7a、第一下吊绳；7b、第二下吊绳；8、紧固螺栓；9、收绳柱。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
请参阅图1至图15，为本发明实施例所述的的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置，能够实现两个锚板的拉拔力测量试验，其包括支撑架1、安装于支撑架1上的卷扬机2、位于卷扬机2下方的提拉板3、连接卷扬机2和提拉板3的中心的上吊绳4、安装于上吊绳4上的测力机构5、设于提拉板3下方的两个锚板机构、以及两根下吊绳7，下吊绳7和锚板机构均位于上吊绳4两侧，且一一对应设置；锚板机构包括模型箱61、填充于模型箱61内的土样62、埋设于土样62内的锚板63、以及相对于模型箱61可滑动设置的滑轮组件64；模型箱61内具有靠近提拉板3且平行于上吊绳4的近侧壁611，近侧壁611上设有竖向开缝612；滑轮组件对应竖向开缝612安装于近侧壁611上；滑轮组件64包括定滑轮641，下吊绳7的一端连接提拉板3，另一端连接相对应的锚板机构的锚板63；
设定两根下吊绳7分别为第一下吊7a绳和第二下吊绳7b，各下吊绳7具有第一状态和第二状态，当下吊绳7处于第一状态时，如图3和图5所示，下吊绳7远离提拉板3的一端穿过模型箱61的顶部敞口连接锚板63；当下吊绳7处于第二状态时，如图4所示，下吊绳7远离提拉板3的一端绕过滑轮组件64穿过竖向开缝612后连接锚板63。
试验时，卷扬机2通过上吊绳4、提拉板3、两个下吊绳7来提拉两个模型箱61内埋设的锚板63，达到试验目的。需要说明是，提拉板3视为实际中平台结构或架体结构的简化结构。
设定临近锚板63的下吊绳7部分与水平线所成的夹角为下θ，并也将该角度称之为锚板63的埋置角度，在试验时，本发明会对两个锚板63进行不同深度和角度的试验，在锚板63的深度和角度发生变化时，连接锚板63的下吊绳7与水平线的夹角θ也会发生相对应的角度变化。在当θ角度调节到下吊绳7与提拉板3的下绳连接点、锚板63的几何中心和定滑轮641与下吊绳7处于同一条直线上时，此时下吊绳7与水平线的夹角θ=θ’，该角度值θ’为决定下吊绳7是否需要绕过滑轮组件64的临界角度值。
当
Figure DEST_PATH_IMAGE045
时，如图3和图5所示，上吊绳4处于第一状态，此时角度θ较大，下吊 绳7不会接触到模型箱61，故不需绕过滑轮组件64；当
Figure DEST_PATH_IMAGE047
时，如图4，上吊绳4处于第 二状态，此时角度θ较小，如果不使用定滑轮641，下吊绳7就会与模型箱61接触，接触后，模 型箱61会对下吊绳7会产生较大的阻力，该阻力会影响拉拔试验结果的正确精度，故需要使 用定滑轮641，在该角度范围内，当需要改变角度时，只需通过改变定滑轮641在模型箱61上 的位置便可实现。故试验时，结合滑轮组件64及近侧壁611上的竖向开缝612，可以实现沿 0°-90°范围内任一角度对锚板63的拉拔。
如图1所示，支撑架1包括支撑顶板11、支撑脚板12以及支撑杆14，支撑顶板11上设有用于供上吊绳4穿过的穿绳孔111；支撑脚板12位于支撑顶板11的下方，支撑杆14和支撑脚板12的数量相等，且一一对应设置，各支撑杆14的一端均连接支撑顶板11，另一端分别连接相对应的支撑脚板12。
支撑顶板11呈圆盘状、方形盘状或者其他形状盘状。在本实施例中，支撑顶板11优选呈圆盘状。
在本实施例中，支撑架1优选采用支撑四脚架，即支撑杆14数量为四个。进一步的，各支撑杆14优选采用钢筋。
各支撑脚板12上设有竖向孔洞，竖向孔洞上配合有用于将支撑脚板12固定于地面上的膨胀螺母13。
在本实施例中，支撑杆14与支撑顶板11之间以及支撑杆14与支撑脚板12之间均通过焊接的方式连接。当然，支撑杆14与支撑顶板11之间以及支撑杆14与支撑脚板12之间的连接不仅限于此，其他能实现支撑杆14与支撑顶板11之间的连接以及支撑杆14与支撑脚板12之间的连接方式也可用于本发明，例如，在其他实施例中，采用螺钉或者螺栓的方式连接。
卷扬机2位于支撑顶板11的上方，并安装于支撑顶板11上方固定的底座15上。进一步优选的，卷扬机2通过螺栓可拆卸连接底座15。
在本实施例中，底座15通过焊接的方式连接支撑顶板11。在其他可行的实施例中，可设置底座15与支撑顶板11可拆卸连接。例如，通过螺栓的方式连接底座15和支撑顶板11。进一步优选地，在其他实施例中，可在支撑顶板11上设置用于可使底座15朝着穿绳孔111方向移动的腰型孔，用于调节卷扬机2至穿绳孔111的距离，以使连接卷扬机2的上吊绳4能顺利穿过支撑顶板11的穿绳孔111。
提拉板3呈规则状设置，可呈方形、圆形或其他。在本实施例中，提拉板3优选为方形的长板状。
提拉板3具有两个下绳连接点，两个下绳连接点分别连接两个下吊绳7，并关于提拉板3的中心线对称设置，该设置可以减少试验时需测量的数据。在本实施例中，因为提拉板呈方形的长板状，提拉板3的下绳连接点优选为提拉板3的端点。上吊绳4穿过支撑顶板11上设置的穿绳孔111。通过在支撑顶板11上设置用于供上吊绳4穿过的穿绳孔111，可以起到定位上吊绳4，防止上吊绳4晃荡厉害影响试验结果的有益效果。
上吊绳4和下吊绳7均优选采用钢绞绳。进一步优选的，上吊绳4粗于下吊绳7，即上吊绳4为直径较大的粗吊绳，下吊绳7为直径较小的细吊绳。由于在试验时，上吊绳4承载的力较大，故通过设置上吊绳4为粗吊绳，可以防止上吊绳4在拉提时不易断掉。而通过设置下吊绳7为细吊绳，一方面可以减小上吊绳4承载的力，达到保护上吊绳4的效果以及起到减小下吊绳7的重量影响试验精度的有益效果，另一方面可以减小模型箱61上供下吊绳7穿过的竖向开缝612尺寸，进而可以达到进一步减小模型箱61的尺寸，降低试验成本的目的。
在本实施例中，测力机构5选择为力位移传感器。在本实施例中，测力机构5直接整个安装在上吊绳4上。在其他实施例中，也可将测力机构5连接在提拉板3和上吊绳4之间。
如图2所示，竖向开缝612的至少一侧设置有竖向滑移轨道613，竖向滑移轨道613与滑轮组件65滑动配合设置，以使滑轮组件65可在近侧壁611上的滑动，在滑轮组件65滑动好后，再将滑轮组件65固定好。在本实施例中，竖向开缝612的两侧均设有竖向滑移轨道613。
优选的，模型箱61还具有连接近侧壁611的前壁，前壁材质采用透明材质制成，以方便观察土样62的变形。进一步优选的，前壁材质采用不易破裂的透明钢化玻璃。
进一步的，各模型箱61设有侧位相机和激光位移传感器，为了测量更精确，在侧位相机的两侧均设置激光位移传感器，侧位相机用于捕捉相对应的模型箱61内土样62的表层破坏形态。激光位移传感器用于捕捉模型箱61内土样62表层的位移。在本实施例中，侧位相机和激光位移传感器均安装于模型箱61的近侧板611上。
在各模型箱61的前壁的正前方均架设前位相机，并在模型箱61的外侧上设置定位标记，优选设置在前壁上。前位相机用于捕捉卷扬机在收绳过程中土样62的侧面变形，并基于光滑粒子流技术获得相对应的模型箱61内的土样62的位移矢量图。
为了便于两根下吊绳7的长度计算以及试验时两根下吊绳7的拉拔力的计算，上吊绳4的中心线和两根下吊绳7的中心线位于同一平面设置。
在本实施例中，连接于提拉板3和锚板63之间的下吊绳7长度不可调节。在其他实施例中，可设置连接于提拉板3和锚板63之间的下吊绳7的长度能调节，以避免频繁更换下吊绳7。例如，如图15所示，提拉板3的下绳连接点所在的部位设有竖向方形穿孔31以及垂直连通竖向方形穿孔31的紧固孔32，紧固孔32内螺纹配合有紧固螺栓8；提拉板3的上侧设有一可转动的收绳柱9；下吊绳7用于提拉的有效部分位于提拉板3和锚板63之间，下吊绳7不需提拉的无效部分穿过竖向方形穿孔31后缠绕于收绳柱9上；位于竖向方形穿孔31内的下吊绳7的无效部分夹紧于紧固螺栓8和竖向方形穿孔31的近侧壁611之间。当要调节下吊绳7的有效部分的长度时，旋转紧固螺栓8远离竖向方形穿孔31内的下吊绳7部分，然后拉动下吊绳7的有效部分或下吊绳7的无效部分，增加或减少下吊绳7用于提拉的有效部分长度，当调节好后，旋转紧固螺栓8将位于竖向方形穿孔31内的下吊绳7的无效部分紧压于提拉板3上，以将下吊绳7紧固于提拉板3上。
本实施例的有益效果：本发明的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置，通过设置两个模型箱61，将两个锚板63分别埋设于模型箱61的土样62内，再设置卷扬机2、提拉板3以及连接卷扬机2和提拉板3的上吊绳4，将两个下吊绳7连接提拉板3，并且在各模型箱61靠近提拉板3的近侧壁611上设置竖向开缝612和安装相对于近侧壁611滑动的滑轮组件64，试验时，卷扬机2通过上吊绳4、提拉板3和两个下吊绳7，分别给两个模型箱61内放置的锚板63施加拉拔力，便可实现双锚板63的拉拔力测量试验，而且还可结合模型箱61的竖向开缝612和可滑动的滑轮组件64来调节临近锚板63的下吊绳7与水平线的夹角，实现沿0°-90°范围内任一角度的锚板63拉拔。故本发明的试验装置能够进行双锚板63拉拔力测量试验，从而揭示双锚板63在共同作用下的破坏模式和拉拔力的规律分析，并能得到双锚板63在不同的埋置深度、埋置角度和相对位置组合作用下，对锚板63极限拉拔力的影响规律和发挥过程，能达到指导锚板63工程设计的目的。而且本发明的试验装置简单，却能够完成多种试验条件下的参数变换，不仅节省了试验开支，而且能够更为精确地获得锚板63极限拉拔力、拉拔失效机理及其变化规律。
实施例2
本实施例公开了一种基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置的测量方法，基于实施例1所述的海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置，具体测量步骤如下：
S0、组装支撑架1。
其中，步骤S0具体包括如下步骤：
a1、将支撑脚板12平置于试验场地，由膨胀螺母13穿过支撑脚板12上的竖向孔洞将其固定在地面上；
在本实施例中，支撑脚板12的数量为四个，故将四个支撑脚板12分别放置于试验场地的四个方位上；
a2、将支撑顶板11的中心位置处切割出一穿绳孔111，并在支撑顶板11上表面焊接一底座15。
S2、将卷扬机2安装于支撑架1上。
具体的，将卷扬机2放置在底座15上，并用螺栓固定在底座15上。
S3、在上吊绳4上安装测力机构5，通过上吊绳4连接提拉板3的中心和卷扬机2，提拉板3具有两个下绳连接点，两个下绳连接点关于提拉板3的中心线对称。
在上吊绳4连接提拉板3之前，将上吊绳4穿过所受支撑顶板11设置的穿绳孔111。
S4、预先设定好两个滑轮组件64的定滑轮641至相对应的提拉板3用于连接下吊绳7的下绳连接点的水平距离t cp，根据该预先设定的水平距离t cp，将两个开设好竖向开缝612和安装好滑轮组件64的模型箱61放置于试验场地上并摆好位置，各模型箱61具有靠近提拉板3的近侧壁611以及连接近侧壁611的透明前壁。
具体的，可在将模型箱61放于实验场地之前，先在模型箱61的近侧壁611上开设好竖向缝隙612，并对应竖向缝隙612在近侧壁上安装好滑轮组件64，再根据预先设定的各定滑轮的几何中心至相对应的用于连接下吊绳7的下绳连接点的水平距离t cp，将各模型箱61放置在实验场地上相对应的位置上。
也可先将模型箱61放置在场地上，然后再在模型箱61的近侧板611上开设竖向缝隙612和对应竖向缝隙612安装滑轮组件64，最后再根据预先设定的各定滑轮641的几何中心至相对应的提拉板3用于连接下吊绳7的下绳连接点的水平距离t cp，再在实验场地上调节好模型箱611的位置。
S5、请参阅图3、图4和图5，预先确定各锚板63在相对应的模型箱内的预埋置深度h 4、预拉拔角度θ和距离近侧壁611内侧的水平距离t sb，并预先确定土样62的填充高度h 3，再 测量出各锚板63相对应的近侧壁611的厚度t b、定滑轮641中心到近侧壁611的水平距离t bc、 定滑轮641的半径R、模型箱61上缘至提拉板用于连接下吊绳7的下绳连接点的竖向距离h 1、 模型箱61的净高度h 2，其中预拉拔角度θ为临近锚板63的下吊绳7部分与水平线之间的夹 角，根据公式
Figure DEST_PATH_IMAGE048
，计算出各下吊绳7是否使用滑轮组件64的临界角 度θ’，θ’为提拉板3的下绳连接点、锚板63和定滑轮641在同一条直线上时下吊绳7与水平线 的夹角，其中，H为锚板63的几何中心到提拉板3的下绳连接点的竖向距离，T为提拉板3的下 绳连接点到锚板63的中心点之间的水平距离,H和T由如下公式计算所得：
Figure 556494DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure 434320DEST_PATH_IMAGE049
比较各锚板63提前预设的拉拔角度θ相对于临界角度θ’的大小，当
Figure DEST_PATH_IMAGE050
时， 下吊绳7无需绕过定滑轮641；当
Figure 676208DEST_PATH_IMAGE011
时，下吊绳7需绕过定滑轮641。
其中，提拉板3的下绳连接点、锚板63和定滑轮641在同一条直线上具体为：提拉板3与下吊绳7的下绳连接点、锚板63与下吊绳7的下绳连接点以及定滑轮641与下吊绳7的接触点处于同一条直线上。锚板63的拉拔角度具体为临近锚板63的下吊绳7部分与水平面的夹角。
S6、根据步骤S5中的所得的数据计算出下吊绳7的长度，若下吊绳7需绕过定滑轮641，还计算出定滑轮641几何中心至模型箱61上缘竖向距离，并将定滑轮641滑动至相对应的位置固定。
进一步的，在步骤S6中，通过如下公式计算出下吊绳7的长度，具体为：
当
Figure 438627DEST_PATH_IMAGE051
时，如图3所示，下吊绳7的长度为:
Figure 89052DEST_PATH_IMAGE010
；
当
Figure 137779DEST_PATH_IMAGE041
时，如图4所示，定滑轮641几何中心至模型箱61上缘竖向距离为：
Figure DEST_PATH_IMAGE052
；
通过对定滑轮641中心至模型箱61上缘的竖向距离的计算结果，可将定滑轮641精确滑移至所需的位置。
锚板63的几何中心至定滑轮641下缘切点处的下吊绳7长度为：
Figure 240864DEST_PATH_IMAGE053
；
定滑轮641切点至提拉板3角点处的下吊绳7长度为：
Figure 666029DEST_PATH_IMAGE017
；
故下吊绳7的长度为：
Figure DEST_PATH_IMAGE054
;
当
Figure DEST_PATH_IMAGE056
时，下吊绳7的长度为：
L=H；
其中：
Figure 30015DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure DEST_PATH_IMAGE057
；
Figure DEST_PATH_IMAGE058
；
上式中：
h 1:模型箱61上缘至提拉板3下表面竖向距离；
h 2:模型箱61净高（不含模型箱61底板厚度）；
h 3:土样62高度；
h 4:锚板63埋置深度；
h c:定滑轮641的几何中心到模型箱61上缘的竖向距离；
H：锚板63的几何中心到提拉板3的下绳连接点所在水平面的竖向距离；
T:提拉板3的下绳连接点到锚板63的几何中心之间的水平距离；
t a:锚板63厚度；
θ：下吊绳7与水平线夹角；
θ a：当使用定滑轮641时，此时位于定滑轮641下方的下吊绳7与水平线的夹角；
θ b：当使用定滑轮641时，此时位于定滑轮641上方的的下吊绳7与水平线的夹角；
θ’：提拉板3的下绳连接点、锚板63的几何中心和定滑轮641与下吊绳7的接触点在同一直线上时，下吊绳7与水平线的夹角；
t sb：锚板63几何中心至模型箱61的近侧壁611内侧的水平距离；
t b：模型箱61的近侧壁611的厚度；
t cp：定滑轮641的几何中心到提拉板3连接下吊绳7的下绳连接点的水平距离；
t bc：定滑轮641几何中心至模型箱61的近侧壁611的外侧面的水平距离；
R：定滑轮641半径。
其中，h 1、h 2、θ b、t b、t cp、t bc、R均通过测量所得，而θ、θ a、h 3、h 4、t a、t sb为根据试验需要预先设定的数据。
将两个锚板各自所对应的h 1、h 2、h 3、h 4、h c、t a、θ a、θ b、t sb、t b、t cp、t bc、R代入到所需的公式中，便可算出相对应的用于实现提拉的下吊绳7的长度。
S7、根据下吊绳7长度的计算公式，提供两根所需长度的下吊绳7，两根下吊绳7与模型箱61一一对应设置，将两根下吊绳7的一端分别连接提拉板3的两个下绳连接点，另一端根据相对应的锚板63的预拉拔角度θ和临界角度θ’的比较结果，选择不穿过相对应的模型箱61的竖向开缝612直接连接锚板63，或选择绕过定滑轮641穿过竖向开缝612后连接锚板63。
进一步的，安装上吊绳4和两根下吊绳7时，保证上吊绳4的中心线和两根下吊绳7的中心线位于同一平面上，以在进行下吊绳7的拉拔力分析时，能使构建的受力分析几何图较为简单，进而使得构建的受力方程式也较为简单，便于后续能快速地计算出下吊绳7的拉拔力结果。
S8、将土样62填入至模型箱61内，当填充高度与锚板63的预埋置深度等于h 4时，根据预埋置深度h 4和预填埋水平距离t sb，将锚板63放入至土样62表面指定位置并固定，然后继续填充土样62于模型箱61内，直至土样62填充至指定高度。
在将土样62填入至模型箱61内的过程中，为了便于观测土样62侧面变形，每填充一定高度，在模型箱612的透明前壁内侧涂一层彩砂，当土样62填充至指定高度后，停止填土。
S9、在各模型箱61上安装侧位相机和激光位移传感器，并在各模型箱61的前壁的正前方架设前位相机。
在本实施例中，侧位相机和激光位移传感器均按照在模型箱61的近侧壁611上进行设置。
S10、检测试验装置和加载、测试装备，排除潜在隐患后，启动卷扬机2进行加载，开启侧位相机和前位相机捕捉土样62变形，并基于光滑粒子流技术获得两个模型箱内的土样4的位移矢量图。
具体的，侧位相机用于捕捉相对应的模型箱61内土样62的表层破坏形态；激光位移传感器用于捕捉模型箱61内土样62表层的位移；前位相机用于捕捉卷扬机在收绳过程中土样62的侧面变形。
S11、通过测力机构读取卷扬机2试验过程中所施加的牵引力，并计算各下吊绳7所受到的拉拔力。
通过计算出各下吊绳7所受的拉拔力，可以捕捉到两个锚板63在不同拉拔力的作用下推动土样62的变形情况，精确计算出锚板63所承受的极限拉拔力。
先以两个下吊绳7均不绕过定滑轮641的情形为例对各下吊绳7的受力情况进行分析说明。
如图6所示，若提拉板3保持水平，得出:
第一下吊绳7a所受到的拉拔力为：
Figure DEST_PATH_IMAGE059
......................................(1.1);
第二下吊绳7a所受到的拉拔力为：
Figure DEST_PATH_IMAGE060
..................................................(1.2);
当
Figure DEST_PATH_IMAGE062
时，由公式1.1和1.2可得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE064
;
如图7所示，若提拉板3倾斜并左翘右倾，得出：
第一下吊绳7a所受到的拉拔力为：
Figure DEST_PATH_IMAGE065
...................(1.3)；
第二下吊绳7a所受到的拉拔力为：
Figure DEST_PATH_IMAGE066
.........................(1.4)；
如图8所示，若两锚板倾斜并左倾右翘，得出：
第一下吊绳7a所受到的拉拔力为：
Figure DEST_PATH_IMAGE067
.......................(1.5)；
第二下吊绳7b所受到的拉拔力为：
Figure DEST_PATH_IMAGE068
......................(1.6)；
其中：，
Figure DEST_PATH_IMAGE069
.............................................(1.7)；
上式中：
θ 1为没有绕过定滑轮641的第一下吊绳7a与水平线的夹角；
θ 2为没有绕过定滑轮641的第二下吊绳7b与水平线的夹角；
α为提拉板3倾斜的角度；
F为测力机构5的量测数值；
L t为提拉板3的下绳连接点至提拉板3的中点线的垂直距离；
h t为提拉板3倾斜之后其一半在铅锤线上的投影距离；
θ 1和θ 2为根据实验需要预先设定的角度，F通过测力机构5测出；L t、h t、通过测量得出，根据提拉板3的倾斜情况，将已知数据放入至合适的下吊绳7所受承载力的计算公式中，便可得到第一下吊绳7a所受的拉拔和第二下吊绳7b的拉拔力。
接下来对第一吊绳和第二吊绳其他情形进行分析，当第一下吊绳7a和第二下吊绳7b均绕过定滑轮641时，如图9至图11所示，将θ 1替换为位于定滑轮641和提拉板3之间的第一下吊绳7a与水平线的夹角，θ 2替换为位于定滑轮641和提拉板3之间的第二下吊绳7b与水平线的夹角。其中，θ 1和θ 2均是通过测量所得。
故在第一下吊绳7a和第二下吊绳7b均绕过定滑轮641的条件下，如图9所示，当提拉板3保持水平时，通过分析可知，第一下吊绳7a的拉拔力F 1的计算和第二下吊绳7b的拉拔力F 2的计算还是使用上述的公式1.1和公式1.2，如图10所示，当提拉板3发生左倾右翘的倾斜时，第一下吊绳7a的拉拔力F 1的计算和第二下吊绳7b的拉拔力F 2的计算还是使用上述的公式1.3和公式1.4，如图11所示，当提拉板3发生左翘右倾的倾斜时，第一下吊绳7a的拉拔力F 1的计算和第二下吊绳7b的拉拔力F 2的计算，还是使用上述的公式1.5和1.6，而α还是使用公式1.7计算得到。
关于在两下吊绳7中，其中一根下吊绳7绕过定滑轮641，另一个下吊绳7没有绕过定滑轮641的情形，本说明书中以当第一下吊绳7a绕过定滑轮641，而第二下吊绳7b不绕过定滑轮641为例进行说明，如图12至图14所示，仅将θ 1替换为位于所述定滑轮641和提拉板3之间的第一下吊绳7a与水平线的夹角，θ 2仍然为没有绕过定滑轮641的第二下吊绳7b与水平线的夹角。其中，θ 1通过测量所得，θ 2为根据实验需要预先设定的角度。
故在第一下吊绳7a绕过定滑轮641，第二下吊绳7b不绕过定滑轮641的情形下，如图12所示，当提拉板3保持水平时，第一下吊绳7a的拉拔力F 1的计算和第二下吊绳7b的拉拔力F 2的计算还是使用上述的公式1.1和公式1.2，如图13所示，当提拉板3发生左倾右翘的倾斜时，第一下吊绳7a的拉拔力F 1的计算和第二下吊绳7b的拉拔力F 2的计算也还是使用上述的公式1.3和公式1.4，如图14所示，当提拉板3发生左翘右倾的倾斜时，第一下吊绳7a的拉拔力F 1的计算和第二下吊绳7b的拉拔力F 2的计算还是使用上述的公式1.5和公式1.6。而α还是使用公式1.7计算得到。
由此可知，只要根据第一下吊绳7a和第二下吊绳7b是否绕过定滑轮641的情况，将θ 1、θ 2进行相对应的意思转换，根据提拉板3的倾斜情况，从公式1.1、公式1.2、公式1.3、公式1.4、公式1.5、公式1.6中选择相对应的公式，便可实现对第一下吊绳7a的拉拔力F 1和第二下吊绳7b的拉拔力F 2的计算。
本发明的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置的测量方法，在做试验时，通过两下吊绳7的密切组合，以及滑轮组件64和竖向开缝612的配合，能够模拟出同一相对位置不同埋设角度对两锚板63承载力的影响，也能模拟出同一埋置角度不同相对位置对两锚板63承载力的影响，从而能够达到指导锚板工程设计的目的。
另外，通过设置两个模型箱61前壁采用透明材料制成并预设定位标记点，并在近侧壁611上安装侧位相机和激光位移传感器，以及在前壁的正前方架设前位相机，可以实时精准捕捉锚板63运动轨迹及土样62变形和破坏形态；
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置，其特征在于，包括支撑架、安装于所述支撑架上的卷扬机、位于所述卷扬机下方的提拉板、连接所述卷扬机和所述提拉板的上吊绳、安装于所述上吊绳上的测力机构、设于所述提拉板下方的两个锚板机构、以及两根下吊绳，所述下吊绳和所述锚板机构均位于所述上吊绳两侧，且一一对应设置；所述锚板机构包括模型箱、填充于所述模型箱内的土样、埋设于所述土样内的锚板、以及滑轮组件；所述模型箱内具有靠近所述提拉板的近侧壁，所述近侧壁上设有竖向开缝；所述滑轮组件对应所述竖向开缝可滑动安装于所述近侧壁上；所述滑轮组件包括定滑轮；各所述下吊绳的一端连接提拉板，另一端连接相对应的所述锚板机构的锚板；
所述下吊绳具有第一状态和第二状态，当所述下吊绳处于第一状态时，所述下吊绳远离所述提拉板的一端穿过模型箱的顶部敞口连接所述锚板；当所述下吊绳处于第二状态时，所述下吊绳远离所述提拉板的一端绕过所述滑轮组件穿过所述竖向开缝后连接所述锚板。
2.根据权利要求1所述的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置，其特征在于，所述支撑架包括支撑顶板、支撑脚板以及支撑杆，所述支撑顶板上设有的穿绳孔，所述上吊绳穿过所述穿绳孔；所述支撑脚板位于所述支撑顶板的下方，所述支撑杆和所述支撑脚板的数量相等，且一一对应设置，各所述支撑杆的一端均连接所述支撑顶板，另一端分别连接相对应的所述支撑脚板。
3.根据权利要求1所述的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置，其特征在于，所述上吊绳的中心线和两所述下吊绳的中心线位于同一平面设置。
4.根据权利要求1所述的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置，其特征在于，所述近侧壁上设置侧位相机和激光位移传感器，其中，所述侧位相机用于捕捉所述卷扬机收绳过程中所述土样上表面部分的变形；所述激光位移传感器用于捕捉所述卷扬机收绳过程中所述土样上表面部分的位移。
5.根据权利要求1所述的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置，其特征在于，所述模型箱还具有前壁，所述前壁采用透明材料制成；所述前壁的前方架设有前位相机，用于捕捉所述土样的侧部变形。
6.根据权利要求1所述的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置，其特征在于，所述提拉板上具有两个下绳连接点，两所述下绳连接点关于所述提拉板的中心线对称设置，两所述下吊绳分别连接两所述下绳连接点。
7.一种基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置的测量方法，其特征在于，基于权利要求1所述的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置，包括如下步骤：
S1、将支撑架安装于试验场地上；
S2、将卷扬机安装于所述支撑架上；
S3、在上吊绳上安装测力机构，通过所述上吊绳连接所述提拉板的中心和所述卷扬机，所述提拉板具有两个下绳连接点，两个下绳连接点关于所述提拉板的中心线对称；
S4、预先设定好两个所述滑轮组件的所述定滑轮至相对应的所述提拉板的所述下绳连接点的水平距离t cp，根据该预先设定的水平距离t cp，将两个开设好所述竖向开缝和安装好所述滑轮组件的所述模型箱放置于试验场地上并摆好位置；
S5、预先确定各所述锚板在相对应的所述模型箱内的预埋深度h 4、预拉拔角度θ和距离 所述近侧壁的内侧壁的预埋水平距离t sb，并预先确定所述土样的填充高度h 3，再测量出各 所述锚板相对应的所述近侧壁的厚度t b、所述定滑轮中心到所述近侧壁的水平距离t bc、所 述定滑轮的半径R、所述模型箱上缘至所述提拉板的所述下绳连接点的竖向距离h 1、所述模 型箱的净高度h 2、以及所述定滑轮中心到所述模型箱上缘的竖向距离h c，其中，所述锚板的 预拉拔角度θ为临近所述锚板的所述下吊绳部分与水平线的夹角；根据公式
Figure 891400DEST_PATH_IMAGE002
，计算出各下吊绳需要绕过滑轮组件的临界角度θ’，θ’为提拉 板的下绳连接点、锚板、以及定滑轮与所述下吊绳的接触点在同一条直线上时所述下吊绳 与水平线的夹角，其中：
Figure 667595DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure 916173DEST_PATH_IMAGE006
；
其中，
当
Figure 45803DEST_PATH_IMAGE008
时，所述下吊绳无需绕过所述定滑轮；当
Figure 719230DEST_PATH_IMAGE010
时，所述下吊绳需绕 过所述定滑轮；
S6、根据步骤S5中的所得的数据计算出所述下吊绳的长度，若所述下吊绳需绕过定滑轮，还计算出所述定滑轮的中心至所述模型箱上缘的竖向距离，并将所述定滑轮滑动至相对应的位置固定；
S7、根据步骤S6的计算结果，提供两根所需长度的下吊绳，两根所述下吊绳与所述模型箱一一对应设置，将两根下吊绳的一端分别连接所述提拉板的两个所述下绳连接点，另一端根据预拉拔角度θ和相对应的临界角度θ’的比较结果，选择不穿过相对应的所述模型箱的竖直开缝直接连接相对应的所述锚板，或选择绕过所述定滑轮穿过所述竖直开缝后连接相对应的所述锚板；
S8、将土样填入至模型箱内，当填充高度与所述锚板的预埋深度h 4相等时，根据预埋深度h 4和预埋水平距离t sb，将所述锚板放入至所述土样表面指定位置并固定，然后继续填充土样于模型箱内，直至土样填充至指定高度；
S9、所述模型箱具有透明前壁，在各所述模型箱上安装侧位相机和激光位移传感器，并在各所述模型箱的前壁的正前方架设前位相机；
S10、启动卷扬机进行加载，开启所述侧位相机和所述前位相机，捕捉所述土样变形。
8.根据权利要求7所述的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置的测量方法，其特征在于，在步骤S6中，通过如下公式计算出下吊绳的长度，具体为：
当
Figure 10534DEST_PATH_IMAGE012
时，所述下吊绳的长度为:
Figure 11988DEST_PATH_IMAGE014
；
当
Figure 305829DEST_PATH_IMAGE016
时，所述定滑轮几何中心至所述模型箱上缘竖向距离为：
Figure 709128DEST_PATH_IMAGE018
；
所述锚板中心至定滑轮下缘切点处的所述下吊绳长度为：
Figure 295967DEST_PATH_IMAGE020
；
所述定滑轮切点至提拉板角点处的所述下吊绳长度为：
Figure 784717DEST_PATH_IMAGE022
；
故所述下吊绳的长度为：
Figure 990571DEST_PATH_IMAGE024
;
当
Figure 373011DEST_PATH_IMAGE026
时，所述下吊绳的长度为：
L=H;
其中：
Figure 433546DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 3068DEST_PATH_IMAGE028
；
Figure 74929DEST_PATH_IMAGE030
；
上式中：
h 1为所述模型箱上缘至所述提拉板连接所述下吊绳的下绳连接点的竖向距离；
h 2为所述模型箱净高（不含模型箱底板厚度）；
h 3为所述土样高度；
h 4为所述锚板埋置深度；
h c为所述定滑轮的几何中心到所述模型箱上缘的竖向距离；
H为所述锚板的中心点到提拉板的下绳连接点所在水平面的竖向距离；
T为所述提拉板的下绳连接点到所述锚板的几何中心之间的水平距离；
t a为所述锚板厚度；
θ为所述下吊绳与水平线夹角；
θ a为当使用所述定滑轮时，此时位于所述定滑轮下方的所述下吊绳与水平线的夹角；
θ b为当使用所述定滑轮时，此时位于所述定滑轮上方的所述下吊绳与水平线的夹角；
θ’为所述提拉板的下绳连接点、所述锚板的几何中心和所述定滑轮与所述下吊绳的接触点在同一直线上时，所述下吊绳与水平线的夹角；
t sb为所述锚板几何中心至所述模型箱的近侧壁内侧的水平距离；
t b为所述模型箱的所述近侧壁的厚度；
t cp为所述定滑轮的中心点到所述提拉板的下绳连接点的水平距离；
t bc为所述定滑轮中心至所述模型箱的近侧壁的外侧面的水平距离；
R为所述定滑轮半径；
其中，h 1、h 2、t a、θ b、t b、t bc、t cp、R均通过测量所得，而θ、θ a、h 3、h 4、t sb则为根据试验需要预先设定的数据。
9.根据权利要求7所述的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置的测量方法，其特征在于，在所述步骤S10之后还包括步骤：
S11、通过所述测力机构读出试验过程中所述卷扬机所施加的牵引力，并计算所述下吊绳所受到的拉拔力。
10.根据权利要求9所述的基于海洋管线群锚作用的拉拔力测量试验装置，其特征在于，设定两所述下吊绳分别为第一下吊绳和第二下吊绳，则所述第一下吊绳的拉拔力F 1和所述第二下吊绳的拉拔力F 2通过如下公式计算出：
若所述提拉板保持水平，得出:
所述第一下吊绳所受到的拉拔力F 1为：
Figure 78920DEST_PATH_IMAGE032
;
所述第二下吊绳所受到的拉拔力F 2为：
Figure 882928DEST_PATH_IMAGE034
;
若所述提拉板倾斜，并左翘右倾，得出：
所述第一下吊绳所受到的拉拔力为：
Figure 205324DEST_PATH_IMAGE036
；
所述第二下吊绳所受到的拉拔力为：
Figure 752980DEST_PATH_IMAGE038
；
若所述提拉板倾斜并左倾右翘，得出：
所述第一下吊绳所受到的拉拔力为：
Figure 985379DEST_PATH_IMAGE040
；
所述第二下吊绳所受到的拉拔力为：
Figure 350501DEST_PATH_IMAGE042
；
其中，
Figure 769981DEST_PATH_IMAGE044
；
上式中：
α为所述提拉板倾斜的角度；
F为所述测力机构的量测数值；
L t为所述提拉板的下绳连接点至所述提拉板的中心线的垂直距离；
h t为所述提拉板倾斜之后其一半在铅锤线上的投影距离；
当所述第一下吊绳不绕过所述定滑轮时，θ 1为所述第一下吊绳与水平线的夹角；当所述第一下吊绳绕过所述定滑轮时，θ 1为位于所述定滑轮上方的第一下吊绳与水平线的夹角；
当所述第二下吊绳不绕过定所述滑轮时，θ 2为所述第二下吊绳与水平线的夹角；当所述第二下吊绳绕过所述定滑轮时，θ 2为位于所述定滑轮和所述提拉板之间的所述第二下吊绳与水平线的夹角；
F通过所述测力机构测出；L t 、h t 通过测量得出，当所述第一下吊绳没有绕过所述定滑轮时，θ 1为根据实验需求预先设定的角度，当所述第一下吊绳绕过所述定滑轮时，θ 1通过测量得出；当第二下吊绳没有绕过所述定滑轮时，θ 2为根据实验需求预先设定的角度，当第二下吊绳绕过所述定滑轮时，θ 2通过测量所得。
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