JP2022502583A - Test equipment and test method that can simulate erosion effect and interfacial shear in mounting suction bucket foundation - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、サクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果、界面せん断を模擬できる試験装置及び試験方法を提供する。【解決手段】該装置は、バケット型侵食装置、圧力流量調整用コントローラ、負荷及びせん断システム、センサシステム、データ収集及び制御システムを備える。該試験装置はサクションバケット基礎を負圧で異なる深さまで貫入するプロセスにおけるバケット内の土壌体の非均一な浸透流場特性、侵食特性を分析することに用いられてもよく、センサとビデオカメラで試験プロセスを記録して、侵食後の土壌体に対して元の応力条件下でＣＴ走査を行って、内部空隙の変化を分析する。更に繰り返しせん断装置によって土壌体と鋼製バケットとの界面せん断プロセスを模擬して、侵食後のバケット−土壌界面の繰り返しせん断特性を分析することができる。【選択図】図１PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a test apparatus and a test method capable of simulating an erosion effect and interfacial shear in mounting a suction bucket foundation. The device comprises a bucket erosion device, a pressure flow control controller, a load and shear system, a sensor system, a data acquisition and control system. The test equipment may be used to analyze the non-uniform infiltration flow field characteristics, erosion characteristics of the soil body in the bucket in the process of penetrating the suction bucket foundation to different depths under negative pressure, with sensors and video cameras. The test process is recorded and CT scans are performed on the eroded soil body under the original stress conditions to analyze changes in internal voids. Furthermore, the repeated shearing process of the soil body and the steel bucket can be simulated by the repeated shearing device to analyze the repeated shearing characteristics of the bucket-soil interface after erosion. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、具体的に、サクションバケット基礎の負圧取付プロセスにおける侵食効果及びそれが界面の力学的特性に与えた影響を模擬するために使用できるサクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果、界面せん断を模擬できる試験装置及び試験方法に関する。 The present invention specifically describes the erosion effect in the mounting of a suction bucket foundation, the interfacial shear, which can be used to simulate the erosion effect in the negative pressure mounting process of the suction bucket foundation and its effect on the mechanical properties of the interface. The present invention relates to a test device and a test method that can be simulated.
近年、海洋資源の開発及び利用は新しい段階に入り、多くの国が海洋を利用して国を強くするという発展戦略を提案した。海洋工学分野では、サクション式バケット型基礎はその取付け、施工速度が速く、ノイズが小さく、リサイクルできるという利点を有するため、広く使用されている。しかしながら、海底地質条件及び環境負荷条件が複雑であるため、サクションバケット基礎の取付け、使用のプロセスにおいて依然として多くのチャレンジに直面している。砂質海底において負圧で貫入するとき、負圧浸透流の作用下で砂質土に「侵食効果」である土壌体の細粒子が粗粒子の骨格の隙間に沿って移動することが生じやすくなり、これは砂質土の力学的特性を著しく変化させ、後期のサクションバケット基礎の安全使用に重要な影響を与えてしまう。 In recent years, the development and utilization of marine resources has entered a new stage, and many countries have proposed development strategies to use the ocean to strengthen their nations. In the field of marine engineering, suction bucket foundations are widely used because of their advantages of fast installation, fast construction, low noise and recyclability. However, due to the complexity of seafloor geological and environmental load conditions, many challenges still face the process of installing and using suction bucket foundations. When penetrating under negative pressure on the sandy seabed, it is easy for fine particles of the soil body, which has an "erosion effect", to move along the gaps in the skeleton of coarse particles under the action of negative pressure infiltration flow. This significantly alters the mechanical properties of sandy soils and has a significant impact on the safe use of late suction bucket foundations.
ところが、現在、サクションバケット基礎の負圧貫入プロセスにおける非均一な圧力による侵食問題及び侵食後のバケット壁−土壌界面の力学的性質の変化を緻密に研究することのできる関連する実験装置がない。 However, at present, there is no relevant experimental device capable of closely studying the erosion problem due to non-uniform pressure in the negative pressure penetration process of the suction bucket foundation and the change in the mechanical properties of the bucket wall-soil interface after erosion.
本発明は、サクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果、界面せん断を模擬できる試験装置及び試験方法を提供し、該装置は、サクションバケット基礎を負圧で異なる深さまで貫入するプロセスにおけるバケット内の土壌体の非均一な浸透流場特性、侵食特性及び取付侵食効果が後続の繰り返し荷重に与えた影響を分析することに用いられてもよく、センサとビデオカメラで試験プロセスを記録して、侵食後の土壌体に対して元の応力条件下でＣＴ走査を行って、内部空隙の変化を分析することを特徴とする。それと同時に、繰り返しせん断装置によって土壌体と鋼製バケットとの界面せん断プロセスを模擬して、侵食後のバケット−土壌界面の繰り返しせん断特性を分析することができる。本試験装置は実際の工事におけるサクションバケット基礎の取付け、耐荷重プロセスを反映することができ、実際の工事の建設を指導することに対して重要な意味を持っている。 The present invention provides a test device and test method capable of simulating the erosion effect and interfacial shear in the attachment of a suction bucket foundation, the device being a soil body in a bucket in a process of penetrating a suction bucket foundation to different depths under negative pressure. It may be used to analyze the effects of non-uniform permeation flow field properties, erosion properties and mounting erosion effects on subsequent repetitive loads, recording the test process with sensors and video cameras and post-erosion. It is characterized in that CT scanning is performed on the soil body under the original stress conditions to analyze changes in internal voids. At the same time, the repetitive shearing device can simulate the interfacial shear process between the soil body and the steel bucket to analyze the repetitive shear characteristics of the bucket-soil interface after erosion. This test equipment can reflect the installation of the suction bucket foundation and the load-bearing process in the actual construction, and has an important meaning for instructing the construction of the actual construction.
本発明は以下の技術案を用いる。 The present invention uses the following technical proposals.
サクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果、界面せん断を模擬できる試験装置であって、バケット型侵食装置、圧力流量調整用コントローラ、負荷及びせん断システム、センサシステム、データ収集及び制御システムを備え、
前記バケット型侵食装置は、貯水池、バケットモデル及びフレームを備え、前記フレームは、下から上の順に下固定板、ガイドポスト及びシリンダの上固定板、並びにモータ取付板を備え、前記ガイドポスト及びシリンダの上固定板とモータ取付板との間にはそれらに垂直なスクリューロッドが設けられ、前記バケットモデルは、内部が中空であり、その頂部と底部がそれぞれ上部透水板と下部透水板であり、その内部に試験用土壌体が充填されており、前記バケットモデルの頂部には下から上まで順に砂ろ過室及びシールゴムリングが設けられ、シールゴムリングは、砂ろ過室の外輪とバケットモデルの内壁との間に配置され、水が砂ろ過室とバケットモデルとの間の隙間から流れ出すことを防止することができ、バケットモデルの底部に環状送水管トラフが設けられ、前記砂ろ過室は、底部が逆漏斗状を呈した鋼製キャビティであり、その頂部に排水孔があり、前記水流が砂ろ過室に入った後、粒子が重力により漏斗の側面に落ちて、水流が砂ろ過室の上部から流れ出し、前記貯水池は水道管により砂ろ過室の排水孔に接続され、
前記圧力流量調整用コントローラは、一端が貯水池に接続され、他端に水道管マニホールドが接続され、前記水道管マニホールドは、送水管により環状送水管トラフに接続され、前記圧力流量調整用コントローラは、各管路の水圧及び水流の大きさを調節することに用いられ、試験用土壌体の底部に複数の圧力を入力することに用いられ、
前記負荷及びせん断システムは、モータ、バケットモデル引抜き用反力ビーム、加圧シリンダ、引抜きリンク、ガイドポストを備え、前記モータは、モータ取付板に位置し、前記加圧シリンダは、その頂部がガイドポスト及びシリンダの上固定板に固定され、その底部が砂ろ過室の上表面に位置し、バケットモデルに垂直圧力を与えることに用いられ、前記バケットモデル引抜き用反力ビームは、引抜きリンクに垂直に接続され、前記引抜きリンクは、バケットモデルの外側に位置し、引抜きリンクの連動端によりバケットモデルの側壁に接続され、バケットモデルを垂直に往復運動させることに用いられ、前記引抜きリンクの下端にガイドポストが接続され、引抜きリンクとガイドポストとの接続箇所の外側にリニア軸受が套設され、前記ガイドポストは下固定板に垂直に接続され、
前記センサシステムは、ＬＶＤＴ変位センサ及び孔げき圧力センサを備え、前記ＬＶＤＴ変位センサは、バケットモデルの頂部に設けられ、試験用土壌体の垂直変位を測定することに用いられ、前記孔げき圧力センサは、試験用土壌体内に位置し、侵食プロセスにおける試験用土壌体内部の孔げき圧力の変化を測定することに用いられ、
前記データ収集及び制御システムは、圧力流量調整用コントローラ、負荷及びせん断システム、並びにセンサシステムに接続され、
前記試験装置が侵食試験を行うとき、バケットモデルの外部のビデオカメラが試験用土壌体をバケット壁に近接するような表層土壌体の侵食状況を撮影できるように前記バケットモデルの側壁の材質を有機ガラスとし、前記試験装置がバケット−土壌界面のせん断試験を行うとき、前記バケットモデルの側壁の材質を鋼とする。
It is a test device that can simulate the erosion effect and interfacial shear in the installation of suction bucket foundation, and is equipped with a bucket type erosion device, a controller for pressure flow adjustment, a load and shear system, a sensor system, a data collection and control system.
The bucket type erosion device includes a reservoir, a bucket model and a frame, and the frame includes a lower fixing plate, a guide post and an upper fixing plate of a cylinder, and a motor mounting plate in order from the bottom to the top, and the guide post and the cylinder. A screw rod perpendicular to them is provided between the upper fixing plate and the motor mounting plate, and the bucket model has a hollow inside, and the top and bottom thereof are an upper water permeable plate and a lower water permeable plate, respectively. The inside is filled with a test soil body, and a sand filtration chamber and a seal rubber ring are provided in order from the bottom to the top of the bucket model, and the seal rubber ring is the outer ring of the sand filtration chamber and the inner wall of the bucket model. To prevent water from flowing out of the gap between the sand filter chamber and the bucket model, an annular water pipe trough is provided at the bottom of the bucket model, and the sand filter chamber has a bottom. It is a reverse funnel-shaped steel cavity with a drain hole at the top, and after the water flow enters the sand filtration chamber, particles fall to the side of the funnel due to gravity, and the water flow comes from the upper part of the sand filtration chamber. After flowing out, the reservoir was connected to the drain hole of the sand filtration chamber by a water pipe.
One end of the pressure flow adjustment controller is connected to a reservoir, the other end is connected to a water pipe manifold, the water pipe manifold is connected to an annular water pipe trough by a water pipe, and the pressure flow adjustment controller is a pressure flow adjustment controller. It is used to adjust the water pressure and the size of the water flow in each pipeline, and is used to input multiple pressures to the bottom of the test soil body.
The load and shear system comprises a motor, a reaction force beam for bucket model extraction, a pressure cylinder, a extraction link, a guide post, the motor is located on a motor mounting plate, and the pressure cylinder is guided by its top. Fixed to the upper fixing plate of the post and cylinder, the bottom of which is located on the upper surface of the sand filtration chamber and is used to apply normal pressure to the bucket model, the bucket model withdrawal reaction force beam is perpendicular to the withdrawal link. The withdrawal link is located outside the bucket model, is connected to the side wall of the bucket model by the interlocking end of the withdrawal link, and is used to reciprocate the bucket model vertically at the lower end of the withdrawal link. A guide post is connected, a linear bearing is installed outside the connection point between the pull-out link and the guide post, and the guide post is connected vertically to the lower fixing plate.
The sensor system includes an LVDT displacement sensor and a perforated pressure sensor, which is provided at the top of the bucket model and is used to measure the vertical displacement of the test soil body, the perforated pressure sensor. Is located inside the test soil and is used to measure changes in perforation pressure inside the test soil during the erosion process.
The data acquisition and control system is connected to a pressure flow control controller, a load and shear system, and a sensor system.
When the test device performs an erosion test, the material of the side wall of the bucket model is organic so that the video camera outside the bucket model can capture the erosion condition of the surface soil body so that the test soil body is close to the bucket wall. Glass is used, and when the test device performs a shear test at the bucket-soil interface, the material of the side wall of the bucket model is steel.
上記技術案において、更に、前記圧力流量調整用コントローラは数が４つであり、互いに独立したものであり、それぞれ異なる大きさの水圧、水流を与えることができる。 Further, in the above technical proposal, the number of the pressure / flow rate adjusting controllers is four, and they are independent of each other, and can give different sizes of water pressure and water flow.
更に、前記環状送水管トラフは、異なる直径のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つのチャンバに分けられ、各チャンバ同士が独立したものであり、前記送水管と各チャンバとの接続箇所に送水孔が設けられる。環状送水管トラフは、送水管により圧力流量調整用コントローラに接続され、各チャンバ内の水圧、水流の大きさを変化させる。環状送水管トラフは水流を安定状態にして、水流の速度の空間的な不均一が侵食に与えた影響を低減することができる。 Further, the annular water pipe trough is divided into four chambers A, B, C, and D having different diameters, and each chamber is independent of each other. Is provided. The annular water pipe trough is connected to the pressure flow rate adjusting controller by the water pipe, and changes the water pressure and the magnitude of the water flow in each chamber. The annular water pipe trough can stabilize the water flow and reduce the effect of spatial non-uniformity of water flow velocity on erosion.
更に、前記バケットモデルの底部にはバケットモデルを取り除く際に下部透水板より上の部分をすべて支えるための１回りの突起である底部支持リングが設けられ、底部支持リングの下方には継目箇所の水漏れを防止するための環状シールゴムリングが設けられる。 Further, the bottom of the bucket model is provided with a bottom support ring which is a protrusion for supporting all the parts above the lower water permeable plate when the bucket model is removed, and a seam portion is provided below the bottom support ring. An annular seal rubber ring is provided to prevent water leakage.
本発明は、更に、サクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果、界面せん断を模擬できる試験装置を用いる試験方法を提供し、前記侵食試験の試験方法は、上部のモータが動作するようにし、加圧シリンダによりバケットモデル内の試験用土壌体に垂直圧力を加えて、海底内部の一定深さでの土壌体が被加圧力を受ける環境を模擬するようにし、この時、バケットモデルが高強度有機ガラス材質である。それと同時に、４つの圧力流量調整用コントローラは、水圧、水流の大きさを調節し、送水管によりそれぞれ環状送水管トラフに接続され、それにより複数の圧力の入力を実現する。複数の圧力の入力に起因してバケットモデル内の試験用土壌体の不均一な浸透流を引き起こし、浸透流の作用下で、細粒子が粗粒子の隙間と上部透水板を通って砂ろ過室に沈積し、実験が終了した後、砂ろ過室の上蓋を開いて、掃除機を利用してキャビティ内の細粒子を吸い出して、乾燥後に侵食したものの質量を秤量することを含む。 The present invention further provides a test method using a test device capable of simulating the erosion effect and interfacial shear in the mounting of a suction bucket foundation. By applying normal pressure to the test soil body in the bucket model to simulate an environment in which the soil body at a certain depth inside the seabed receives applied pressure, the bucket model is made of high-strength organic glass material. Is. At the same time, the four pressure flow rate adjusting controllers adjust the water pressure and the magnitude of the water flow, and are connected to the annular water pipe trough by the water pipe, respectively, thereby realizing the input of a plurality of pressures. Due to the input of multiple pressures, it causes a non-uniform osmotic flow of the test soil body in the bucket model, and under the action of the osmotic flow, fine particles pass through the gaps of coarse particles and the upper permeable plate to the sand filtration chamber. After the experiment is completed, the top lid of the sand filter chamber is opened and a vacuum is used to suck out the fine particles in the cavity and weigh the eroded material after drying.
更に、前記侵食試験が終了した後、上部透水板に制限ロッドを設置し、土壌体の内部が圧力を受ける状態を維持し、制限ロッドは、一端がバケットの壁に係止され、他端が伸縮可能とされ、その長さを調節してそれを上部透水板に密に当接させた後、制限ロッドをロックし、その位置を維持して土壌体の内部が圧力を受ける状態を維持するようにし、下部の送水管を抜いて止水クリップで挟み、試験装置内の水が漏れないように確保するとともに、底部支持リングにより下部透水板を支持し、試験用土壌体をバケットモデルの側壁、上部透水板、下部透水板とともに取り外して、土壌体が圧力を受ける状態を維持しながらＣＴ走査を行い、更に土壌体内部の空隙構造の変化を研究する。 Further, after the erosion test is completed, a limiting rod is installed on the upper permeable plate to maintain the inside of the soil body under pressure, and the limiting rod has one end locked to the wall of the bucket and the other end. It is stretchable, and after adjusting its length to bring it into close contact with the upper permeable plate, it locks the limiting rod and maintains its position to keep the inside of the soil body under pressure. In this way, the lower water pipe is pulled out and sandwiched between waterproof clips to prevent water from leaking inside the test equipment, and the lower permeable plate is supported by the bottom support ring, and the test soil body is placed on the side wall of the bucket model. , The upper permeable plate and the lower permeable plate are removed, and CT scanning is performed while maintaining the state where the soil body is under pressure, and changes in the void structure inside the soil body are further studied.
更に、前記せん断試験の試験方法は、残りの装置が変化しないように維持され、加圧シリンダによって垂直軸力を与えて、引抜きリンクがバケットモデルを垂直方向に往復運動させるように駆動し、土壌体の内部に界面せん断を発生させることを含む。 In addition, the shear test test method is such that the rest of the equipment is kept unchanged and a vertical axial force is applied by a pressure cylinder to drive the pull-out link to reciprocate the bucket model in the vertical direction, soil. Includes the generation of interfacial shear inside the body.
本発明において、環状送水管トラフは侵食装置の底部に環状に上向きに浸透流を生成し、浸透流の力は試験用土壌体内部の細粒子が粗粒子の空隙を通って上向きに土壌体の上表面まで動くように駆動する。侵食試験において一部のバケット壁が高強度ガラスを用いるため、ビデオカメラで表層土壌体の侵食状況を記録することができる。侵食した細粒子が上部透水板を通った後、砂ろ過室の漏斗構造を通って砂ろ過室のキャビティに入って沈積し、実験が終了した後、砂ろ過室の上蓋を開いて、掃除機を利用してキャビティ内の細粒子を吸い出して、乾燥させて侵食粒子の質量を秤量する。シールゴムリングは実験プロセスにおいて水漏れ現象が生じないように確保するが、水流は砂ろ過室を通って貯水池に戻って試験し続ける。加圧シリンダによって垂直軸力を試験用土壌体に与えて、海底内部の一定深さでの土壌体が被加圧力を受ける環境を模擬するようにする。加圧シリンダが与えた垂直圧力値は加圧シリンダ装置により設定されてもよい。 In the present invention, the annular water pipe trough creates an annular upward infiltration flow at the bottom of the erosion apparatus, and the force of the infiltration flow is such that the fine particles inside the test soil body pass upward through the voids of the coarse particles of the soil body. Drive to move to the upper surface. Since some bucket walls use high-strength glass in the erosion test, it is possible to record the erosion status of the surface soil body with a video camera. After the eroded fine particles pass through the upper water permeation plate, they pass through the funnel structure of the sand filtration chamber and enter the cavity of the sand filtration chamber and deposit. The fine particles in the cavity are sucked out and dried to weigh the eroded particles. The seal rubber ring ensures that no leaks occur during the experimental process, but the water flow returns to the reservoir through the sand filtration chamber and continues to be tested. A vertical axial force is applied to the test soil body by the pressure cylinder so as to simulate the environment in which the soil body at a certain depth inside the seabed receives applied pressure. The normal pressure value given by the pressurizing cylinder may be set by the pressurizing cylinder device.
本発明は以下の利点を有する。 The present invention has the following advantages.
１、本発明は、非均一な侵食圧力の出力を制御でき、サクションバケットの負圧貫入プロセスにおけるバケット内の土壌体が受けた実際の浸透流場特性を模擬することができる。 1. The present invention can control the output of non-uniform erosion pressure and simulate the actual osmotic flow field characteristics received by the soil body in the bucket during the negative pressure intrusion process of the suction bucket.
２、本発明は、同じセットの装置を用いて、器具のバケット壁の材料を変えることにより、それぞれ侵食試験及びバケット−土壌界面のせん断試験を行う。高強度有機ガラス材料を用いる場合、侵食プロセス全体の土壌粒子の巨視的、微視的特性がいずれも関連装置によりキャプチャでき、鋼材料を用いる場合、実際の工事におけるバケット−土壌界面の受力特性を模擬することができる。 2. The present invention uses the same set of equipment to perform an erosion test and a bucket-soil interface shear test, respectively, by changing the material of the bucket wall of the equipment. When using high-strength organic glass material, both macroscopic and microscopic characteristics of soil particles in the entire erosion process can be captured by related equipment, and when using steel material, the receiving characteristics of the bucket-soil interface in actual construction. Can be simulated.
３、本装置は、軸方向力を調整することにより海底面より下の異なる深さでの土壌体の受力状態を模擬することができる。 3. This device can simulate the receiving state of the soil body at different depths below the seabed by adjusting the axial force.
４、本装置は、試験後に試験用土壌体をバケット本体とともに取り外して、ＣＴ走査を行って侵食後の土壌体内部の構造の変化を観察することができる。 4. After the test, the apparatus can remove the test soil body together with the bucket body and perform CT scanning to observe the change in the structure inside the soil body after erosion.
５、本装置は、複数種類のセンサを用いて実験プロセスにおける試験データを収集し、実験プロセスにおける試験パラメータ例えば試験用土壌体の孔げき圧力、土壌体の侵食による変形をより正確に把握することができる。
5. This device collects test data in the experimental process using multiple types of sensors, and more accurately grasps the test parameters in the experimental process, such as the piercing pressure of the test soil body and the deformation of the soil body due to erosion. Can be done.
１ 貯水池
２ 圧力流量調整用コントローラ
３ 水道管
４ 砂ろ過室
５ 制限ロッド
６ シールゴムリング
７ 上部透水板
８ バケットモデル
９ 試験用土壌
１０ ビデオカメラ
１１ 下部透水板
１２ 環状シールゴムリング
１３ 環状送水管トラフ
１４ 送水管
１５ 水道管マニホールド
１６ モータ
１７ モータ取付板
１８ スクリューロッド
１９ バケットモデル引抜き用反力ビーム
２０ ガイドポスト及びシリンダの上固定板
２１ 加圧シリンダ
２２ ＬＶＤＴ変位センサ
２３ 接続ボルト
２４ 引抜きリンク
２５ リニア軸受
２６ ガイドポスト
２７ 下固定板
２８ フレーム
２９ 孔げき圧力センサ
３０ 引抜きリンクの連動端
３１ 底部支持リング
３２ 送水孔
３３ 排水孔
３４ 漏斗構造
1
以下、本願の実施例の図面を参照しながら、本発明の技術案を明確且つ完全に説明する。 Hereinafter, the technical proposal of the present invention will be clearly and completely described with reference to the drawings of the embodiments of the present application.
図１〜図５に示すように、サクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果、界面せん断を模擬できる試験装置であって、該装置は、バケット型侵食装置、圧力流量調整用コントローラ２、負荷及びせん断システム、センサシステム、データ収集及び制御システムを備える。
具体的に、ビデオカメラ１０で試験用土壌体９をバケット壁に近接するような表層土壌体の侵食状況を撮影できるように侵食部分の試験用のバケットモデル８は高強度有機ガラスを用いる。
As shown in FIGS. 1 to 5, it is a test device that can simulate the erosion effect and the interfacial shear in the mounting of the suction bucket foundation, and the device is a bucket type erosion device, a pressure
Specifically, the
前記バケット型侵食装置は、貯水池１、バケットモデル８及びフレーム２８を備え、前記フレーム２８は下から上の順に下固定板２７、ガイドポスト及びシリンダの上固定板２０、並びにモータ取付板１７を備え、前記ガイドポスト及びシリンダの上固定板２０とモータ取付板１７との間にはそれらに垂直なスクリューロッド１８が設けられ、前記バケットモデル８は、その側壁の底部が下固定板２７に位置し、その内部に試験用土壌体９が充填されており、前記バケットモデル８の頂部には下から上まで順に上部透水板７、砂ろ過室４が設けられ、前記砂ろ過室４の外輪とバケットモデル８の内壁との間にシールゴムリング６が配置され、バケットモデル８の底部には下向きに順に下部透水板１１及び環状送水管トラフ１３が設けられ、前記砂ろ過室４は、底部が逆漏斗状を呈した鋼製キャビティであり、その上蓋には２つの対称な排水孔３３があり、前記貯水池１は、水道管３により砂ろ過室４の排水孔に接続され、
前記圧力流量調整用コントローラ２は、一端が貯水池１に接続され、他端に水道管マニホールド１５が接続され、前記水道管マニホールド１５は、送水管１４により環状送水管トラフ１３に接続され、前記圧力流量調整用コントローラ２は、各管路の水圧及び水流の大きさを調節することに用いられ、
前記負荷及びせん断システムは、モータ１６、バケットモデル引抜き用反力ビーム１９、加圧シリンダ２１、引抜きリンク２４、ガイドポスト２６を備え、前記モータ１６は、フレーム２８の頂部のモータ取付板１７に置かれ、前記加圧シリンダ２１は、頂部がガイドポスト及びシリンダの上固定板２０に固定され、その底部が砂ろ過室４の上表面に位置し、バケットモデル８に垂直圧力を与えることに用いられ、前記バケットモデル引抜き用反力ビーム１９は引抜きリンク２４に垂直に接続され、前記引抜きリンク２４は引抜きリンクの連動端３０によりバケットモデル８の側壁に接続され、バケットモデル８を垂直に往復運動させることに用いられ、前記引抜きリンク２４の下端にガイドポスト２６が接続され、引抜きリンク２４とガイドポスト２６との接続箇所の外側にリニア軸受２５が套設され、前記ガイドポスト２６は下固定板２７に垂直に接続される。加圧シリンダ２１によって垂直軸力を試験用土壌体９に与えて海底内部の一定深さでの土壌体が被加圧力を受ける環境を模擬するようにする。加圧シリンダ２１が与えた垂直圧力値は加圧シリンダ装置により設定されてもよい。
The bucket type erosion device includes a
One end of the pressure flow
The load and shear system comprises a
前記センサシステムは、ＬＶＤＴ変位センサ２２及び孔げき圧力センサ２９を備え、前記ＬＶＤＴ変位センサ２２はバケットモデル８の頂部に設けられ、前記孔げき圧力センサ２９は試験用土壌体９内に位置し、
前記データ収集及び制御システムは、圧力流量調整用コントローラ２、負荷及びせん断システム、並びにセンサシステムに接続される。
The sensor system includes an
The data acquisition and control system is connected to a pressure
前記バケットモデル８の側壁の底部にはバケットモデルを取り除く際に下部透水板１１より上の部分をすべて支えるための４つの底部支持リング３１が均一に設けられ、底部支持リング３１の下方には継目箇所の水漏れを防止するための環状シールゴムリング１２が設けられる。
At the bottom of the side wall of the
前記貯水池１は４つの圧力流量調整用コントローラ２に接続され、４つの圧力流量調整用コントローラは互いに独立したものであり、それぞれ異なる大きさの水圧、水流を与えることができる。送水管１４は環状送水管トラフ１３に接続され、送水孔３２から環状送水管トラフ１３に入った水流は侵食装置の底部に環状に上向きに浸透流を生成し、浸透流の力は試験用土壌体内部の細粒子が粗粒子の空隙を通って上向きに土壌体の上表面まで動くように駆動する。侵食試験において一部のバケット壁８が高強度ガラスを用いるため、ビデオカメラ１０で表層土壌体の侵食状況を記録することができる。侵食した細粒子は上部透水板７を通った後、砂ろ過室４の漏斗構造３４を通って砂ろ過室のキャビティに入って沈積し、実験が終了した後、砂ろ過室の上蓋を開いて、掃除機を利用してキャビティ内の細粒子を吸い出して、乾燥後に秤量する。シールゴムリング６は実験プロセスに水漏れ現象が生じないように確保するが、水流は砂ろ過室４を通って貯水池１に戻って試験し続ける。
The
前記環状送水管トラフ１３は異なる直径のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つのチャンバに分けられ、各チャンバは互いに独立したものであり、送水管１４により圧力流量調整用コントローラ２に接続され、各チャンバ内の水圧、水流の大きさを調節する。それと同時に、環状送水管トラフ１３は水流を安定状態にして、水流の速度の空間的な不均一が侵食に与えた影響を低減することができる。
The annular
前記侵食試験部分において、予め配置されたセンサは孔げき圧力センサ２９及びＬＶＤＴ変位センサ２２を含み、これらを利用して侵食試験プロセスを測定する。孔げき圧力センサ２９は試験用土壌体９内に位置し、ＬＶＤＴ変位センサ２２はバケットモデル８の頂部に位置する。
In the erosion test portion, the pre-arranged sensors include a perforated pressure sensor 29 and an
侵食試験が終了した後、制限ロッド５を土壌体頂部の上部透水板７に押さえ、土壌体の内部が圧力を受ける状態を維持しながら下部の送水管を抜いて止水クリップで挟み、試験装置内の水が漏れないように確保する。それと同時に、更なる研究のために、底部支持リング３１により下部透水板１１を支持し、試験用土壌体９をバケットモデル８の側壁、上部透水板７、下部透水板１１とともに取り外して、土壌体が圧力を受ける状態を維持しながら走査を完了する。
After the erosion test is completed, the limiting
この装置は更にバケット−土壌界面のせん断試験を行うことができ、高強度有機ガラス製バケット壁８を鋼材質で代替し、残りの試験装置が変化しないように維持され、バケット−土壌界面のせん断試験を完了することができる。
The device can also perform bucket-soil interface shear tests, replacing the high-strength organic
界面せん断試験におけるせん断は、バケットモデル８の側壁と試験用土壌体９との間に相対変位が生じることで実現され、界面せん断試験プロセスにおける垂直軸力は加圧シリンダ２１によって付与されるものである。バケットモデル引抜き用反力ビーム１９は引抜きリンク２４に接続され、前記引抜きリンク２４の下端にガイドポスト２６が接続され、引抜きリンク２４とガイドポスト２６との接続箇所の外側にリニア軸受２５が套設され、リニア軸受２５の制限下で、引抜きリンク２４はバケットモデル８を垂直方向に往復運動させるように駆動する。引抜きリンクの連動端３０はバケットモデル８の側壁に接続されるとともに、バケットモデル８は接続ボルト２３によってリニア軸受２５と一体に固定される。
Shear in the interfacial shear test is realized by the relative displacement between the side wall of the
本発明の装置の動作原理は、本装置を用いて侵食試験を行うとき、加圧シリンダ２１によりバケットモデル内の試験用土壌体９に垂直圧力を加えて、海底内部の一定深さでの土壌体が被加圧力を受ける環境を模擬するようにすることということであり、この時、バケットモデル８が高強度有機ガラス材質である。それと同時に、４つの圧力流量調整用コントローラ２は水圧、水流の大きさを調節することができ、送水管１４によりそれぞれ環状送水管トラフ１３に接続されることで複数の圧力の入力を行う。複数の圧力の入力に起因してバケット内の土壌体の不均一な浸透流を引き起こし、浸透流の作用下で、細粒子は粗粒子の空隙と上部透水板７を通って砂ろ過室４に沈積し、後期の侵食したものの質量の秤量に用いられる。侵食試験が終了した後、砂ろ過室の上蓋を取り出して、掃除機で粒子を吸い出して秤量する。
The operating principle of the device of the present invention is that when an erosion test is performed using this device, a vertical pressure is applied to the
また、せん断試験部分において、バケットモデル８が鋼材質であり、鋼製バケットの内壁の下方に底部支持リング３１がなくてもよく、残りの装置が変化しないように維持され、モータ１６はスクリューロッド１８、バケットモデル引抜き用反力ビーム１９、引抜きリンク２４によってバケットモデル壁８を垂直方向に往復運動させるように駆動し、土壌体とバケット壁との間に界面せん断を発生させる。
Also, in the shear test portion, the
以下、砂質土において侵食及び界面せん断試験を行う場合を例として、上記装置を用いる具体的な試験プロセスを簡単に説明し、前記上部透水板の孔径が試験用土壌体の最大粒径より大きく、前記下部透水板の直径が実験用土壌体の最小粒径より小さい。本例では、用いた砂サンプルの最大粒径を０．５ｍｍ、最小粒径を０．０７５ｍｍ未満、下部透水板１１の孔径を０．０７ｍｍ、上部透水板の孔径を１．０ｍｍとする。
Hereinafter, a specific test process using the above device will be briefly described by taking an example of performing an erosion and interfacial shear test on sandy soil, and the pore size of the upper permeable plate is larger than the maximum particle size of the test soil body. , The diameter of the lower permeable plate is smaller than the minimum particle size of the experimental soil body. In this example, the maximum particle size of the sand sample used is 0.5 mm, the minimum particle size is less than 0.075 mm, the pore diameter of the lower
１、様々なセンサを貼り付け又はホルダーにより指定された位置に取り付けて、センサのデータケーブルをデータチャネルポートからデータ処理システムに接続する。 1. Attach various sensors or attach them to the positions specified by the holder and connect the sensor data cable from the data channel port to the data processing system.
２、各送水管と注水管トラフとを接続し、ゴム製シールリングによって実験プロセスにおいて試験装置に水漏れが生じないように確保する。試験用砂質土を充填して、天蓋を被せ、ＬＶＤＴ変位センサを配置し初期値を測定する。 2. Connect each water pipe and water injection pipe trough, and secure the test equipment from water leakage in the experimental process by using a rubber seal ring. The test sandy soil is filled, the canopy is covered, the LVDT displacement sensor is placed, and the initial value is measured.
３、圧力流量調整用コントローラを起動させ、非均一な水圧の作用下で砂質土に浸透流が生じて土壌体内の細粒子を持ち去って、各圧力流量調整用コントローラの水圧の大きさを調整することにより異なる浸透流場の作用下における非均一な圧力入力を模擬することができる。プロセス中に主なデータの収集を行っているセンサ装置がある。 3. Start the pressure / flow control controller, and under the action of non-uniform water pressure, an osmotic flow is generated in the sandy soil to remove fine particles in the soil and adjust the water pressure of each pressure / flow control controller. By doing so, it is possible to simulate a non-uniform pressure input under the action of different osmotic flow fields. There are sensor devices that collect key data during the process.
４、浸透流試験が終了した後、侵食の進展状況を評価するように、砂ろ過室の上蓋を取り出して、掃除機を利用して砂ろ過室内の粒子を吸い出して、乾燥後に秤量する。侵食試験を完了した後、土壌体が圧力を受ける状態を維持しながら試験用土壌体を取り出してＣＴ走査を行って土壌体内部構造の変化を観察する。 4. After the permeation flow test is completed, the upper lid of the sand filtration chamber is taken out so as to evaluate the progress of erosion, the particles in the sand filtration chamber are sucked out using a vacuum cleaner, and the particles are weighed after drying. After completing the erosion test, the test soil body is taken out and CT scanning is performed while maintaining the state where the soil body is under pressure, and changes in the internal structure of the soil body are observed.
５、侵食試験における高強度有機ガラス製バケット壁を鋼材質のバケット壁に変え、同じ侵食試験を改めて開始する。 5. Change the high-strength organic glass bucket wall in the erosion test to a steel bucket wall and start the same erosion test again.
６、バケット−土壌界面のせん断試験を行い、バケット壁が引抜きリンクの駆動によって上下に往復運動し、せん断応力−せん断変位の繰り返し回数に伴う弱化関係を取得して、弱化界面の弱化法則を分析する。 6. Perform a shear test at the bucket-soil interface, reciprocate the bucket wall up and down by driving the pull-out link, acquire the weakening relationship with the number of repetitions of shear stress-shear displacement, and analyze the weakening law of the weakening interface. do.
実際のサクションバケットのバケット壁が鋼材であって、有機ガラス製バケットのバケット壁が工業用鋼板との界面特性が大きく異なるため、本実施例は有機ガラス製バケットを用いて侵食前後の土壌体内部構造の変化を分析した後、鋼製バケットを用いて侵食前後の鋼製バケットと砂との界面せん断試験を行う。 Since the bucket wall of the actual suction bucket is made of steel and the interface characteristics of the bucket wall of the organic glass bucket are significantly different from those of the industrial steel plate, this embodiment uses the organic glass bucket to inside the soil body before and after erosion. After analyzing the structural changes, a steel bucket is used to perform an interfacial shear test between the steel bucket and the sand before and after erosion.
Claims (7)
バケット型侵食装置、圧力流量調整用コントローラ（２）、負荷及びせん断システム、センサシステム、データ収集及び制御システムを備え、
前記バケット型侵食装置は、貯水池（１）、バケットモデル（８）及びフレーム（２８）を備え、前記フレーム（２８）は、下から上の順に下固定板（２７）、ガイドポスト及びシリンダの上固定板（２０）、並びにモータ取付板（１７）を備え、前記ガイドポスト及びシリンダの上固定板（２０）とモータ取付板（１７）との間にはそれらに垂直なスクリューロッド（１８）が設けられ、前記バケットモデル（８）は、内部が中空であり、その頂部と底部がそれぞれ上部透水板（７）と下部透水板（１１）であり、その内部に試験用土壌体（９）が充填されており、前記バケットモデル（８）の側壁の底部が下固定板（２７）に位置し、前記バケットモデル（８）の頂部に砂ろ過室（４）が設けられ、前記砂ろ過室（４）の外輪とバケットモデル（８）の内壁との間にシールゴムリング（６）が配置され、バケットモデル（８）の底部に環状送水管トラフ（１３）が設けられ、前記砂ろ過室（４）は、底部が逆漏斗状を呈した鋼製キャビティであり、その頂部に排水孔（３３）があり、前記貯水池（１）は、水道管（３）により砂ろ過室（４）の排水孔に接続され、
前記圧力流量調整用コントローラ（２）は、一端が貯水池（１）に接続され、他端に水道管マニホールド（１５）が接続され、前記水道管マニホールド（１５）は、送水管（１４）により環状送水管トラフ（１３）に接続され、前記圧力流量調整用コントローラ（２）は、各管路の水圧及び水流の大きさを調節することに用いられ、
前記負荷及びせん断システムは、モータ（１６）、バケットモデル引抜き用反力ビーム（１９）、ガイドポスト及びシリンダの上固定板（２０）、加圧シリンダ（２１）、引抜きリンク（２４）、ガイドポスト（２６）を備え、前記モータ（１６）は、モータ取付板（１７）に位置し、前記加圧シリンダ（２１）は、その頂部がガイドポスト及びシリンダの上固定板（２０）に固定され、その底部が砂ろ過室（４）の上表面に位置し、バケットモデル（８）に垂直圧力を加えることに用いられ、前記バケットモデル引抜き用反力ビーム（１９）は、引抜きリンク（２４）に垂直に接続され、前記引抜きリンク（２４）は、バケットモデルの外側に位置し、引抜きリンク（２４）は、引抜きリンクの連動端（３０）によりバケットモデル（８）の側壁に接続され、バケットモデル（８）を垂直に往復運動させることに用いられ、前記引抜きリンク（２４）の下端にガイドポスト（２６）が接続され、引抜きリンク（２４）とガイドポスト（２６）との接続箇所の外側にリニア軸受（２５）が套設され、前記ガイドポスト（２６）は、下固定板（２７）に垂直に接続され、
前記センサシステムは、ＬＶＤＴ変位センサ（２２）及び孔げき圧力センサ（２９）を備え、前記ＬＶＤＴ変位センサ（２２）は、バケットモデル（８）の頂部に設けられ、試験用土壌体（９）の垂直変位を測定することに用いられ、前記孔げき圧力センサ（２９）は、試験用土壌体（９）内に位置し、侵食プロセスにおける試験用土壌体（９）の内部の孔げき圧力の変化を測定することに用いられ、
前記データ収集及び制御システムは、圧力流量調整用コントローラ（２）、負荷及びせん断システム、並びにセンサシステムに接続され、
前記試験装置が侵食試験を行うとき、前記バケットモデル（８）の側壁の材質を有機ガラスとし、バケットモデル（８）の外部にビデオカメラ（１０）が設けられ、前記試験装置がバケット−土壌界面のせん断試験を行うとき、前記バケットモデル（８）の側壁の材質を鋼とすることを特徴とするサクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果、界面せん断を模擬できる試験装置。 It is a test device that can simulate the erosion effect and interfacial shear in the mounting of the suction bucket foundation.
Equipped with bucket type erosion device, pressure flow control controller (2), load and shear system, sensor system, data collection and control system,
The bucket type erosion device includes a reservoir (1), a bucket model (8) and a frame (28), and the frame (28) is placed on a lower fixing plate (27), a guide post and a cylinder in order from bottom to top. A fixing plate (20) and a motor mounting plate (17) are provided, and a screw rod (18) perpendicular to the guide post and the upper fixing plate (20) of the cylinder and the motor mounting plate (17) is provided. The bucket model (8) is provided, and the inside is hollow, and the top and bottom thereof are an upper water permeable plate (7) and a lower water permeable plate (11), respectively, and a test soil body (9) is provided inside the bucket model (8). The bottom of the side wall of the bucket model (8) is located on the lower fixing plate (27), and the sand filtration chamber (4) is provided at the top of the bucket model (8). A seal rubber ring (6) is arranged between the outer ring of 4) and the inner wall of the bucket model (8), an annular water pipe trough (13) is provided at the bottom of the bucket model (8), and the sand filtration chamber (4) is provided. ) Is a steel cavity having a reverse funnel shape at the bottom, and has a drain hole (33) at the top thereof. The reservoir (1) is a drain hole of a sand filtration chamber (4) by a water pipe (3). Connected to
One end of the pressure flow rate adjusting controller (2) is connected to the reservoir (1), the water pipe manifold (15) is connected to the other end, and the water pipe manifold (15) is annularized by the water pipe (14). Connected to the water pipe trough (13), the pressure flow adjustment controller (2) is used to adjust the water pressure and the size of the water flow in each pipe.
The load and shear system includes a motor (16), a reaction force beam for drawing a bucket model (19), a guide post and a cylinder upper fixing plate (20), a pressure cylinder (21), a drawing link (24), and a guide post. (26) is provided, the motor (16) is located on the motor mounting plate (17), and the top of the pressure cylinder (21) is fixed to the guide post and the upper fixing plate (20) of the cylinder. Its bottom is located on the upper surface of the sand filtration chamber (4) and is used to apply vertical pressure to the bucket model (8), and the bucket model withdrawal reaction force beam (19) is attached to the withdrawal link (24). Vertically connected, the withdrawal link (24) is located outside the bucket model, the withdrawal link (24) is connected to the side wall of the bucket model (8) by the interlocking end (30) of the withdrawal link, and the bucket model. (8) is used to reciprocate vertically, a guide post (26) is connected to the lower end of the pull-out link (24), and outside the connection point between the pull-out link (24) and the guide post (26). A linear bearing (25) is installed, and the guide post (26) is connected vertically to the lower fixing plate (27).
The sensor system includes an LVDT displacement sensor (22) and a drilling pressure sensor (29), which is provided at the top of the bucket model (8) and of the test soil body (9). Used to measure vertical displacement, the perforation pressure sensor (29) is located within the test soil body (9) and changes in the perforation pressure inside the test soil body (9) during the erosion process. Used to measure
The data acquisition and control system is connected to a pressure flow control controller (2), a load and shear system, and a sensor system.
When the test device performs an erosion test, the material of the side wall of the bucket model (8) is organic glass, a video camera (10) is provided outside the bucket model (8), and the test device is a bucket-soil interface. A test device capable of simulating the erosion effect and interfacial shear in the mounting of a suction bucket foundation, characterized in that the material of the side wall of the bucket model (8) is steel when performing the shear test.
前記侵食試験の試験方法は、
上部のモータ（１６）が動作するように制御し、加圧シリンダ（２１）によりバケットモデル（８）内の試験用土壌体（９）に垂直圧力を加えて、海底内部の土壌体が被加圧力を受ける環境を模擬するようにするとともに、圧力流量調整用コントローラ（２）は、水圧、水流の大きさを調節し、送水管（１４）によりそれぞれ環状送水管トラフ（１３）に接続され、それによって複数の圧力の入力を実現し、複数の圧力の入力に起因して試験用土壌体（９）の不均一な浸透流を引き起こし、浸透流の作用下で、細粒子が粗粒子の隙間と上部透水板（７）を通って砂ろ過室（４）に沈積し、滲出された細粒子の質量を秤量することに用いられることを含むことを特徴とするサクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果を模擬できる試験装置の試験方法。 A test method using a test device capable of simulating the erosion effect and interfacial shear in the mounting of the suction bucket foundation according to claim 4.
The test method of the erosion test is
The upper motor (16) is controlled to operate, and vertical pressure is applied to the test soil body (9) in the bucket model (8) by the pressure cylinder (21) to apply the soil body inside the seabed. The controller (2) for adjusting the pressure flow rate adjusts the water pressure and the size of the water flow, and is connected to the annular water pipe trough (13) by the water pipe (14) while simulating the environment where the pressure is received. Thereby, multiple pressure inputs are realized, and the multiple pressure inputs cause a non-uniform osmotic flow of the test soil body (9), and under the action of the osmotic flow, the fine particles are interspersed with coarse particles. And the erosion effect in the attachment of the suction bucket foundation, including being used to weigh the exuded fine particles that have deposited in the sand filtration chamber (4) through the upper water permeation plate (7). A test method for a test device that can simulate.
前記せん断試験の試験方法は、
残りの装置が変化しないように維持され、加圧シリンダ（２１）によって垂直軸力を与えて、引抜きリンク（２４）がバケットモデル（８）を垂直方向に往復運動させるように駆動し、土壌体の内部に界面せん断を発生させることを含むことを特徴とするサクションバケット基礎の取付けにおける侵食効果を模擬できる試験装置の試験方法。 A test method using a test device capable of simulating an erosion effect in mounting a suction bucket foundation according to claim 1.
The test method of the shear test is
The rest of the equipment is kept unchanged and a vertical axial force is applied by the pressure cylinder (21) to drive the pull-out link (24) to reciprocate the bucket model (8) in the vertical direction. A test method for a test device capable of simulating the erosion effect in the mounting of a suction bucket foundation, which comprises generating interfacial shear inside the cylinder.
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2019
- 2019-09-05 WO PCT/CN2019/104532 patent/WO2021042327A1/en active Application Filing
- 2019-09-05 JP JP2020551944A patent/JP7000594B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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