CN211013345U - 一种浅海型海底沉积物压力观测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种浅海型海底沉积物压力观测装置，其属于海底探测技术领域，浅海型海底沉积物压力观测装置包括探杆、锥尖、耐压舱、数据采集组件和探头，探杆的内部中空形成容置腔，探杆包括相互连接的多个节杆；锥尖设置于探杆的一端；耐压舱设置于探杆的另一端，数据采集组件设置于耐压舱内；探头设置于相邻节杆的连接处，探头包括外壳和设置于外壳内的传感器，传感器的一端与数据采集组件电连接，另一端与外界连通以检测外界的压力，所述传感器有两种，分别为孔隙水压力传感器和土压力传感器，同时检测孔隙水压力和土压力，当波浪、地震及其它荷载作用时，传感器的检测值发生改变，进而了解不同荷载附加于沉积物中的各种力学状态。

Description

一种浅海型海底沉积物压力观测装置

技术领域

本实用新型涉及海底探测技术领域，尤其涉及一种浅海型海底沉积物压力观测装置。

背景技术

海洋沉积物中孔隙水压力变化是沉积物强度变化的重要指示参数，对于海浪及地震引起的海底滑坡等地质灾害现象具有显著的指示作用。地震及海浪作用往往使沉积物尤其是砂土或粉土中孔隙水压力升高，沉积物所依托的有效应力降低，进而导致其强度降低。因此通过孔隙水压力的变化能够了解沉积物的稳定性。波浪荷载下通过观测沉积物中孔隙水压力变化能够获悉波浪附加于沉积物中的各种力学状态，从而为稳定性分析提供技术支持。因此，动力荷载下沉积物中孔隙水压力观测是海洋岩土工程或海洋地质灾害分析中较为重要的一种技术手段。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种浅海型海底沉积物压力观测装置，以实时进行海洋沉积物中力学参数的观测，进而了解沉积物的稳定性。

如上构思，本实用新型所采用的技术方案是：

一种浅海型海底沉积物压力观测装置，包括：

探杆，其内部中空形成容置腔，所述探杆包括可拆卸连接的多个节杆；

锥尖，设置于所述探杆的一端；

耐压舱，设置于所述探杆的另一端；

数据采集组件，设置于所述耐压舱内；

探头，设置于相邻所述节杆的连接处，所述探头包括外壳和设置于所述外壳内的传感器，所述传感器的一端与所述数据采集组件电连接，另一端与外界连通以检测外界的压力，所述传感器有两种，分别为孔隙水压力传感器和土压力传感器。

其中，所述外壳内设置有安装孔，所述传感器设置于所述安装孔内，所述安装孔的一端与外界连通。

其中，所述外壳内设置有与所述容置腔连通的穿线通道，所述安装孔的另一端与所述穿线通道连通。

其中，所述外壳内还设置有压力引导孔，所述压力引导孔与所述容置腔连通。

其中，所述传感器有两种，分别为孔隙水压力传感器和土压力传感器，所述孔隙水压力传感与外界的连通处设置有透水石，所述土压力传感器与外界的连通处设置有不锈钢膜片。

其中，所述数据采集组件包括：

电路板，设置于所述耐压舱内；

导线，穿设于所述容置腔中，所述导线的一端与所述电路板连接，所述导线的另一端与所述传感器连接。

其中，所述耐压舱与所述探杆之间设置有底座，所述底座包括支撑板和罩体，所述支撑板与所述探杆连接，所述罩体与所述耐压舱连接。

其中，所述支撑板的横截面积大于所述探杆的横截面积。

其中，所述耐压舱的一端设置有法兰，所述法兰与所述罩体连接。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提出的浅海型海底沉积物压力观测装置，能够同时检测孔隙水压力和土压力，进一步促进对海底沉积物力学状态的研究。在布放时，随着锥尖贯入土体中，孔隙水压力传感器的检测值为包括静水压力的孔隙水压力，土压力传感器的检测值为包括静水压力的土压力，由于在浅海中应用，探头的量程不会过大。当布放完成后，传感器显示的为在不受外界载荷情况下的压力值。当波浪、地震及其它荷载作用时，沉积物中的压力发生改变，使得传感器的检测值发生改变，通过观测检测值的实时变化，进而了解不同荷载附加于沉积物中的各种力学状态。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的浅海型海底沉积物压力观测装置的剖视图；

图2是本实用新型实施例提供的浅海型海底沉积物压力观测装置的探头的剖视图；

图3是本实用新型实施例提供的浅海型海底沉积物压力观测装置的探头的俯视图；

图4是图3的A-A向的剖视图。

图中：

1、探杆；11、容置腔；

2、锥尖；

3、耐压舱；

4、数据采集组件；

5、探头；51、外壳；511、安装孔；512、穿线通道；513、压力引导孔；52、传感器；53、透水石；54、水密插头；55、不锈钢膜片；

6、底座；61、支撑板；62、罩体；

7、法兰。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

参见图1至图4，本实用新型实施例提供一种浅海型海底沉积物压力观测装置，在使用时需要贯入到海床内部，以观测沉积物中的力学参数的变化。

浅海型海底沉积物压力观测装置包括探杆1、锥尖2、耐压舱3、数据采集组件4和探头5，锥尖2设置于探杆1的一端，耐压舱3设置于探杆1的另一端。探杆1的内部中空形成容置腔11，探杆1包括可拆卸连接的多个节杆，探头5设置于相邻节杆的连接处，数据采集组件4设置于耐压舱3内。探头5包括外壳51和设置于外壳51内的传感器52，传感器52的一端与数据采集组件4电连接，另一端与外界连通以检测外界的压力，传感器52有两种，分别为孔隙水压力传感器和土压力传感器。

浅海型海底沉积物压力观测装置能够同时检测孔隙水压力和土压力，进一步促进对海底沉积物力学状态的研究。在布放时，随着锥尖2贯入土体中，孔隙水压力传感器的检测值为包括静水压力的孔隙水压力，土压力传感器的检测值为包括静水压力的土压力，由于在浅海中应用，探头5的量程不会过大。当布放完成后，传感器52显示的为在不受外界载荷情况下的压力值。当波浪、地震及其它荷载作用时，沉积物中的压力发生改变，使得传感器52的检测值发生改变，通过观测检测值的实时变化，进而了解不同荷载附加于沉积物中的各种力学状态。

由于土体为分层结构，每层土体的性质不同，其力学参数也有所不同。为了对土体进行精准测量，探头5设置有多个，可以根据需要选择每个节杆的长度。锥尖2设置于探杆1的最底端，锥尖2可以直接与节杆连接，锥尖2与节杆之间也可以设置一个探头5，探头5的一端与节杆连接，探头5的另一端与锥尖2连接。

数据采集组件4包括电路板和导线，电路板位于耐压舱3中，导线穿设于容置腔11中，导线的一端与电路板连接，导线的另一端与传感器52连接。传感器52采集的数据通过导线传输至电路板，电路板上设置有存储模块对数据进行存储。

耐压舱3对数据采集组件4进行保护。为了实现耐压舱3与探杆1之间稳固连接，耐压舱3与探杆1之间设置有底座6，底座6包括支撑板61和罩体62，支撑板61与探杆1连接，罩体62与耐压舱3连接。耐压舱3与罩体62的连接处设置有穿线孔，导线能够穿过罩体62进入探杆1的容置腔11中。耐压舱3需具有一定的封闭性、防水性和耐压性。

探杆1与支撑板61之间螺纹连接。支撑板61的横截面积大于探杆1的横截面积。支撑板61的面积较大，其主要作用是在与土体接触后提供支撑反力，防止探杆1过度下沉。

耐压舱3的一端设置有法兰7，法兰7与罩体62连接。法兰7的设置，便于耐压舱3的安装与拆卸。

在探头5中，外壳51与探杆1螺纹连接，外壳51与探杆1之间设置有密封圈，从而实现密封，避免沉积物中的孔隙水进入探杆1中，影响沉积物中孔隙水压力的真实分布规律。

外壳51内设置有安装孔511，传感器52设置于安装孔511处，安装孔511的一端与外界连通，以使得传感器52的能够检测外界的压力。在本实施例中，每个探头5上，孔隙水压力传感器和土压力传感器均设置一个，对应每个传感器52设置一个安装孔511。当探头5贯入土体后，孔隙水压力传感器承受来自于沉积物中的孔隙水压力，土压力传感器承受来自于沉积物中的土压力。

孔隙水压力传感器与外界的连通处设置有透水石53，既不影响水的压力作用于传感器52，也能避免沉积物堵塞传感器52影响测量精度。土压力传感器与外界的连通处设置有不锈钢膜片55，不锈钢膜片55密封住安装孔511，主要作用是将沉积物所施加的水平压力传递至土压力传感器。

为保证可靠性，不锈钢膜片55与土压力传感器之间采用硅油填充。土压力施加于不锈钢膜片55上，使不锈钢膜片55向安装孔511内侧发生变形，挤压土压力传感器与不锈钢膜片55之间的硅油，为保持压力平衡，硅油压力升高与土压力相等，此时硅油将压力传递于土压力传感器，实现通过土压力传感器对土压力进行测量。考虑到土压力传感器的测量值为消除静水压力后的压力，因此土侧向压力应该为消除静水压力后的土压力，当需要计算有效侧向压力时，需考虑孔隙水压力的变化。

值得说明的是，由于不锈钢膜片55为竖直方向布设，因此只能承受来自于水平方向的土压力，因此本实施例中的土压力为水平土压力。

外壳51内设置有与容置腔11连通的穿线通道512，安装孔511的另一端与穿线通道512连通。穿线通道512的两端均设置有水密插头54，水密插头54的一端与穿设在穿线通道512中的传感器52的接线连接，水密插头54的另一端与穿设在容置腔11中的导线连接。位于最底端的探头5的穿线通道512的下端采用堵塞封堵。在本实施例中，孔隙水压力传感器和土压力传感器分别位于穿线通道512的两侧。当然，孔隙水压力传感器和土压力传感器也可以设置于穿线通道512的同一侧。

外壳51内还设置有压力引导孔513，压力引导孔513与容置腔11连通。压力引导孔513的主要作用是将海水压力传递至每一节探杆1，从而避免探杆1因过大的外加压力而损害。在本实施例中，每个探头5的外壳51上设置有两个压力引导孔513，压力引导孔513的延伸方向沿探头5的轴向。

浅海型海底沉积物压力观测装置，在使用时，包括以下步骤：

布放：将浅海型海底沉积物压力观测装置在水中布放，传感器的检测值为静水压力，随着水深增加，传感器的检测值逐渐增大；

贯入：随着锥尖贯入土体中，孔隙水压力传感器的检测值为包括静水压力的孔隙水压力，土压力传感器的检测值为包括静水压力的土压力；贯入完成时，孔隙水压力传感器的检测值和土压力传感器的检测值暂时处于稳定状态；

观测：当波浪、地震及其它荷载作用时，沉积物中的压力发生改变，孔隙水压力传感器的检测值和土压力传感器的检测值均发生改变，通过观测检测值的改变量，即可得知荷载附加于沉积物中的压力值。

以上实施方式只是阐述了本实用新型的基本原理和特性，本实用新型不受上述实施方式限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种浅海型海底沉积物压力观测装置，其特征在于，包括：

探杆(1)，其内部中空形成容置腔(11)，所述探杆(1)包括可拆卸连接的多个节杆；

锥尖(2)，设置于所述探杆(1)的一端；

耐压舱(3)，设置于所述探杆(1)的另一端；

数据采集组件(4)，设置于所述耐压舱(3)内；

探头(5)，设置于相邻所述节杆的连接处，所述探头(5)包括外壳(51)和设置于所述外壳(51)内的传感器(52)，所述传感器(52)的一端与所述数据采集组件(4)电连接，另一端与外界连通以检测外界的压力，所述传感器(52)有两种，分别为孔隙水压力传感器和土压力传感器。

2.根据权利要求1所述的浅海型海底沉积物压力观测装置，其特征在于，所述外壳(51)内设置有安装孔(511)，所述传感器(52)设置于所述安装孔(511)内，所述安装孔(511)的一端与外界连通。

3.根据权利要求2所述的浅海型海底沉积物压力观测装置，其特征在于，所述外壳(51)内设置有与所述容置腔(11)连通的穿线通道(512)，所述安装孔(511)的另一端与所述穿线通道(512)连通。

4.根据权利要求2所述的浅海型海底沉积物压力观测装置，其特征在于，所述外壳(51)内还设置有压力引导孔(513)，所述压力引导孔(513)与所述容置腔(11)连通。

5.根据权利要求1所述的浅海型海底沉积物压力观测装置，其特征在于，所述孔隙水压力传感器与外界的连通处设置有透水石(53)，所述土压力传感器与外界的连通处设置有不锈钢膜片(55)。

6.根据权利要求1-5任一项所述的浅海型海底沉积物压力观测装置，其特征在于，所述数据采集组件(4)包括：

电路板，设置于所述耐压舱(3)内；

导线，穿设于所述容置腔(11)中，所述导线的一端与所述电路板连接，所述导线的另一端与所述传感器(52)连接。

7.根据权利要求1-5任一项所述的浅海型海底沉积物压力观测装置，其特征在于，所述耐压舱(3)与所述探杆(1)之间设置有底座(6)，所述底座(6)包括支撑板(61)和罩体(62)，所述支撑板(61)与所述探杆(1)连接，所述罩体(62)与所述耐压舱(3)连接。

8.根据权利要求7所述的浅海型海底沉积物压力观测装置，其特征在于，所述支撑板(61)的横截面积大于所述探杆(1)的横截面积。

9.根据权利要求7所述的浅海型海底沉积物压力观测装置，其特征在于，所述耐压舱(3)的一端设置有法兰(7)，所述法兰(7)与所述罩体(62)连接。

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