[发明专利]一种模拟斜坡海床的土体制备装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及模拟海床土体的制备装置及方法，特别是关于一种模拟斜坡海床的土体制备装置及方法。

背景技术

在海底，具有一定倾斜角度的海床比水平海床具有更大的普遍性。近海和大陆坡海域的砂质海床一般具有0～30°的倾斜角。斜坡海床的存在将导致海底结构物的在位稳定性大大降低，在环境载荷下更容易发生在位滑动失稳。因此，在斜坡海床上铺设管道以及进行其他基础性建设时，一般需要先模拟斜坡海床进行试验，而模拟斜坡海床经常需要制备相应的海床土体。然而，已有海床土体的制备装置及方法，主要针对水平海床的情况。对于斜坡土体的制备，陆地上常用的方法是将底板一侧用千斤顶顶起，然后铺设形成，这种方法如果用于海底，结果会使原来的沉积过程发生改变。而在模拟斜坡海床的试验过程中，海床土体的沉积过程也很重要。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可模拟海底沉积过程、操作方便的模拟斜坡海床的土体制备装置及方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种模拟斜坡海床的土体制备装置，其特征在于：它包括一透明土槽，所述土槽左、右两侧壁分别竖向设置一支撑结构，每一所述支撑结构上设置有一水平高度可调节的横梁，两所述横梁上设置有一斜梁；沿所述斜梁设置有滑动轨道，所述滑动轨道上设置有滑块，所述滑块上连接有一刮板；所述土槽前、后两侧壁上分别设置有一水平支架，每一所述水平支架的一端设置有一扇形支撑板，两所述扇形支撑板上分别设置有一弧形滑槽，每一所述水平支架的另一端设置有一支座，两所述支座上分别铰接一滑轨，两所述滑轨的另一端设置在相应一侧的所述弧形滑槽内，并通过锁紧装置锁紧；两所述滑轨上架设有一洒砂车；所述土槽外部设置有一电机，所述电机输出端设置有一卷扬轮，所述卷扬轮固定连接一拉索，所述拉索的另一端依次绕过设置在一侧所述支撑结构上的两个定滑轮后，用于挂设所述滑块和洒砂车其中之一。

所述电机采用步进电机。

所述电机采用伺服电机。

一种采用上述装置的模拟斜坡海床的土体制备方法，其包括以下步骤：1)将滑轨一端安装在土槽顶部的支座上，调节滑轨另一端在弧形滑槽内的高度并锁紧，将洒砂车架设在滑轨上，将卷扬轮上的拉索，依次绕过两个定滑轮后，挂设在洒砂车上；2)启动电机带动卷扬轮拉动洒砂车往复运行，将洒砂车内的砂料洒入土槽中，得到粗略近似于预制备坡度的土体结构，然后解开拉索，取下洒砂车，并拆除滑轨；3)根据预制备的土体结构的坡度，调节两横梁在相应支撑结构上的高度并固定，将斜梁安装在两横梁上；在斜梁的滑动轨道上安装连接有刮板的滑块，将卷扬轮上的拉索依次绕过两个定滑轮后，挂设在滑块上；4)启动电机带动卷扬轮拉动滑块，带动滑块上的刮板沿斜梁滑动，对土体结构进行刮平，直至得到预制备土体结构。

所述步骤2)中，根据预制备的土体结构的厚度和坡度要求，洒砂车的往复运行是变速运动。

所述步骤1)中，首先在土槽内，用硬质材料搭建一与预制备的土体结构相同坡度的斜坡，然后安装洒砂车。

所述步骤2)中，洒砂车的往复运行是匀速运动。

所述步骤2)中，洒砂车沿滑轨往复运行，将砂料一层层铺设在土槽中，在此过程中不断调节设置在弧形滑槽内的滑轨一端的高度，直至土体结构制作完成。

所述步骤4)中，刮板对土体结构反复刮平2～3次，直至刮板基本上与土体结构保持接触。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过设置在土槽侧壁上的水平支架、扇形支撑板和滑轨，可以将洒砂车架设在土槽上方，洒砂车沿滑轨往复运动，即可将砂料一层层铺设在土槽中，同时，可以根据砂料性质和预制备的土体结构的密度，不断调节设置在扇形支撑板的弧形滑槽一端滑轨的高度，调节洒砂车距离土体表面的高度，直至土体结构制作完成。2、本发明通过设置在土槽侧壁上的支撑结构和横梁，可以调节斜梁的倾斜角度，使其与预制备的土体结构坡度一致，通过设置在斜梁上的滑块和刮板，可以进一步精确调控土体的倾斜坡度，保证斜坡表面的平整度，最终得到与预制备的土体结构坡度相同的土体结构，以用于模拟斜坡海床。3、本发明通过层层铺设砂料，并不断调节洒砂车距离土体表面的高度，可以制备不同相对密实度的土体结构，以模拟海底斜坡海床的沉积过程。4、本发明由于洒砂车的洒砂速度不变，因此，可以通过电机调节洒砂车的行走速度，使洒砂车变速行走，使土体的铺设厚度前后不一致，以形成具有一定坡度的土体；也可以使洒砂车匀速行走，进而使土体的铺设厚度前后一致。本发明结构设计巧妙，操作方便，可广泛用于模拟斜坡海床的土体制备过程中。

附图说明