CN207764186U - 模拟海底滑坡的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种模拟海底滑坡的试验装置。本实用新型的目的是提供一种结构简单、操作方便的模拟海底滑坡的试验装置。本实用新型的技术方案是：一种模拟海底滑坡的试验装置，其特征在于：具有模型箱，模型箱上具有便于观察模型箱内部情况的玻璃面，该模型箱内设有倾斜布置的滑道，滑道下端可转动连接支撑板，支撑板固定于模型箱，所述滑道上端经滑道倾角调节机构连接模型箱，滑道上表面覆盖垫层，所述滑道上部的上方设有用于释放泥浆的泥流发生机构，对应滑道设置用于监测滑道上泥浆状态的监测机构。本实用新型适用于海洋工程研究领域。

Description

模拟海底滑坡的试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种模拟海底滑坡的试验装置。适用于海洋工程研究领域。

背景技术

海底滑坡是将沉积物从陆架坡折带向深海盆地运移的最重要的沉积作用过程之一。海底滑坡可以在地形坡度很小的情况下，其形成的碎屑流凭借“滑水”效应，可高速滑动至数百千米远，严重危害海洋油气开发平台、油气管线和海底电缆等设施。随着国内外开发深水油田的不断增加，这种沉积作用导致的海底不稳定性越来越受到重视。因此，海底滑坡的机理及其地质风险研究也应得到加强。

目前，滑坡模型试验可以同时考虑多种复杂因素及复杂边界条件，能非常直观地反映海底滑坡长距离的运移过程，这不仅能够更好的认识海底滑坡的规律，也能有效的防治海底滑坡提供有力科学的依据。

然而目前的海底滑坡模型试验装置更多的是天然气水合物分解下的海底滑坡，主要针对海底滑坡发生的原因进行研究，但对于海底滑坡之后滑坡土体的运移机制未能较好模拟或者缺乏这方面的研究。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种结构简单、操作方便的模拟海底滑坡的试验装置。

本实用新型所采用的技术方案是：一种模拟海底滑坡的试验装置，其特征在于：具有模型箱，模型箱上具有便于观察模型箱内部情况的玻璃面，该模型箱内设有倾斜布置的滑道，滑道下端可转动连接支撑板，支撑板固定于模型箱，所述滑道上端经滑道倾角调节机构连接模型箱，滑道上表面覆盖垫层，所述滑道上部的上方设有用于释放泥浆的泥流发生机构，对应滑道设置用于监测滑道上泥浆状态的监测机构。

所述高速摄像机分别对应所述泥流发生机构出口、所述滑道的中部和底部设置。

所述监测系统包括数据采集系统和与数据采集系统相连接的孔压传感器、用于测试记录泥浆速度的高速摄像机、用于记录泥浆沿所述滑道下滑形态的高清摄像机和用于分析泥浆流动是粒子运行状态的PIV粒子成像仪，其中孔压传感器设置于滑道上表面且沿滑动倾斜方向布置有若干。

所述垫层为砂土或黏土土层。

所述滑道倾角调节机构包括固定于所述模型箱上的电机，电机经钢丝绳连接所述滑道的上端。

所述泥流发生机构具有小型航吊机和用于存储泥浆的泥浆储存箱，小型航吊机固定于所述模型箱上部横档上，小型航吊机通过钢丝绳连接泥浆储存箱，所述泥浆储存箱上设有用于控制泥浆流出的门。

所述泥浆由高岭土、砂子、碳末及水搅拌均匀后形成。

所述模型箱侧面标有用于辅助计算泥浆在所述滑道上流动时厚度的测量网格。

所述模型箱上设有若干排水孔。

一种应用所述模拟海底滑坡的试验装置的试验方法，其特征在于步骤如下：

1、土样制备：

首先将高岭土、砂子及水按照实验事先的比例放入搅拌器中进行搅拌，为后续PIV粒子成像仪的观测，将由碳块碾碎的碳末倒入搅拌器中一起搅拌，在实验开始前一直搅拌，保证实验前泥浆的均匀。

2、布置滑道：向滑道凹槽中放置孔压传感器后填充沙土或者黏土等土层，并通过电机调节滑道至实验所需角度。

3、泥浆储备箱放置及注水：

通过小型航吊机将泥浆储备箱放置水平，通过泵机将搅拌器中的泥浆混合液抽到泥浆储备箱中直到实验所需高度。

在模型箱内迅速灌水，当水面达到泥浆储存箱箱底的时候，水速减小，缓慢注水直到整个泥浆储存箱被淹没之后可以适当加快注水，当水面到达实验所需高度时停止灌水，并通过小型航吊机2将泥浆储存箱缓慢降低，使泥浆储存箱箱底与滑道13土面相接触。

4、布置监测系统：在模型箱外的相应位置布置高速摄像机、高清摄像机、PIV粒子成像仪并将其与数据采集系统相连接，同时将上一步中布置的传感器与数据采集系统相连。

5、打开泥浆储存箱的门，使箱内泥浆排出，数据采集系统记录每次实验数据，实验结束，回收模型箱与实验用土，所得实验数据用于后期处理。

本实用新型的有益效果是：本实用新型中滑道可通过滑道倾角调节机构调节倾斜角度；通过小型航吊机可调节泥浆储存箱相对于滑道的位置，从而调节泥浆初试冲击速度。本实用新型通过改变滑坡坡度、泥浆配比、滑槽垫层、泥浆初试冲击速度等条件从而模拟不同类型的海底滑坡。本实用新型试验装置操作方便，并且可以自动记录数据，不但提高了科研效率，而且还为了研究海底滑坡对桩基础的损伤效应提供教学试验仪器。

附图说明

图1为实施例的结构示意图。

图2为实施例的俯视图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实施例为一种模拟海底滑坡的试验装置，具有模型箱1、滑道13、泥流发生机构和监测机构。

本实施例中模型箱1为顶部开口的长方体箱体结构，该模型箱1上沿其长度方向布置的侧面板为玻璃面，通过玻璃面可观察模型箱内部的情况。模型箱内设有沿模型箱长度方向倾斜布置的滑道13，滑道13下端经转轴可转动连接支撑板7，支撑板7固定于模型箱1，滑道13上端经滑道倾角调节机构连接模型箱1。

本例中滑道倾角调节机构具有电机3，电机3固定于模型箱1上，且电机3的动作端上绕有钢丝绳，钢丝绳连接滑道13的上端，通过电机3可带动滑道13绕其下端转轴转动，从而实现滑道13倾角调节。

滑道13上部的上方设有泥流发生机构，该泥流发生机构具有小型航吊机2和用于存储泥浆的泥浆储存箱4。其中小型航吊机2固定在模型箱1上部横档上，并通过钢丝绳悬吊泥浆储存箱4。泥浆储存箱4为一个小型的顶部开口的长方体模型槽，该泥浆储存箱的朝向滑道倾斜方向的侧壁为可打开的门，用于控制泥浆储存箱内泥浆的流出。

本实施例中监测系统包括高速摄像机10、高清摄像机11、孔压传感器6、PIV粒子成像仪9和数据采集系统14。

其中孔压传感器6设置于滑道上表面且沿滑道倾斜方向布置有若干，滑道上表面在布置孔压传感器6后覆盖垫层(填充沙土或者黏土等土层)。

孔压传感器6与数据采集系统14相连，数据采集系统14每隔一定的时间自动记录下所连接的孔压传感器6读数，用于记录在泥浆12连续作用下的孔压传感器6读数数据。

高速摄像机10布置在模型箱1外的侧面，分别置于泥流储存箱4的出口处以及滑道13的中部和底部布置，与数据采集系统14相连接用于测试记录泥浆12的初始速度及泥浆12在滑道中部和底部处的速度。

高清摄像机11布置于模型箱1外的测面，并与数据采集系统14相连接，用于记录泥浆12流出泥流储存箱4沿滑道13下滑时的形态。

PIV粒子成仪9放置于模型箱1侧面，通过对图像进行分析处理，用于分析泥浆12流动时候粒子的运动状态。

本实施例在模型箱长度方向两端侧面的中部和底部分别设有两个排水孔。模型箱的玻璃棉上标有用于辅助计算泥浆在所述滑道上流动时厚度的测量网格，每个网格都是1cm*1cm的方格。

本实施例中海底滑坡模拟实验方法，包括下述步骤：

1、土样制备：

首先将高岭土、砂子及水按照实验事先的比例放入搅拌器中进行搅拌，为后续PIV粒子成像仪9的观测，将由碳块碾碎的碳末倒入搅拌器中一起搅拌，在实验开始前一直搅拌，保证实验前泥浆的均匀。

2、布置滑道：向滑道13凹槽中放置孔压传感器6后填充沙土或者黏土等土层，并通过电机3调节滑道13至实验所需角度。

3、泥浆储备箱放置及注水：

通过小型航吊机2将泥浆储备箱4放置水平，通过泵机将搅拌器中的泥浆混合液抽到泥浆储备箱4中直到实验所需高度。

在模型箱1内迅速灌水，当水面达到泥浆储存箱4箱底的时候，水速减小，缓慢注水直到整个泥浆储存箱4被淹没之后可以适当加快注水，当水面到达实验所需高度时停止灌水，并通过小型航吊机2将泥浆储存箱4缓慢降低，使泥浆储存箱4箱底与滑道13土面相接触。

4、布置监测系统：在模型箱外的相应位置布置高速摄像机10、高清摄像机11、PIV粒子成像仪9并将其与数据采集系统14相连接，同时将上一步中布置的传感器与数据采集系统14相连。

5、打开泥浆储存箱4的门，使箱内泥浆12排出，数据采集系统14记录每次实验数据，实验结束，回收模型箱1与实验用土，所得实验数据用于后期处理。

Claims (8)

1.一种模拟海底滑坡的试验装置，其特征在于：具有模型箱(1)，模型箱(1)上具有便于观察模型箱(1)内部情况的玻璃面，该模型箱内设有倾斜布置的滑道(13)，滑道(13)下端可转动连接支撑板(7)，支撑板(7)固定于模型箱(1)，所述滑道(13)上端经滑道倾角调节机构连接模型箱(1)，滑道(13)上表面覆盖垫层(5)，所述滑道(13)上部的上方设有用于释放泥浆(12)的泥流发生机构，对应滑道(13)设置用于监测滑道(13)上泥浆(12)状态的监测机构。

2.根据权利要求1所述的模拟海底滑坡的试验装置，其特征在于：所述监测系统包括数据采集系统(14)和与数据采集系统(14)相连接的孔压传感器(6)、用于测试记录泥浆(12)速度的高速摄像机(10)、用于记录泥浆(12)沿所述滑道(13)下滑形态的高清摄像机(11)和用于分析泥浆(12)流动是粒子运行状态的PIV粒子成像仪(9)，其中孔压传感器(6)设置于滑道(13)上表面且沿滑道(13)倾斜方向布置有若干。

3.根据权利要求2所述的模拟海底滑坡的试验装置，其特征在于：所述高速摄像机(10)分别对应所述泥流发生机构出口、所述滑道(13)的中部和底部设置。

4.根据权利要求1所述的模拟海底滑坡的试验装置，其特征在于：所述垫层(5)为砂土或黏土土层。

5.根据权利要求1或2所述的模拟海底滑坡的试验装置，其特征在于：所述滑道倾角调节机构包括固定于所述模型箱(1)上的电机(3)，电机(3)经钢丝绳连接所述滑道(13)的上端。

6.根据权利要求1或2所述的模拟海底滑坡的试验装置，其特征在于：所述泥流发生机构具有小型航吊机(2)和用于存储泥浆的泥浆储存箱(4)，小型航吊机(2)固定于所述模型箱(1)上部横档上，小型航吊机(2)通过钢丝绳连接泥浆储存箱(4)，所述泥浆储存箱(4)上设有用于控制泥浆流出的门。

7.根据权利要求1所述的模拟海底滑坡的试验装置，其特征在于：所述模型箱(1)侧面标有用于辅助计算泥浆在所述滑道(13)上流动时厚度的测量网格。

8.根据权利要求1所述的模拟海底滑坡的试验装置，其特征在于：所述模型箱(1)上设有若干排水孔(8)。