[发明专利]海床侧向变形与滑动观测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋地质观测领域，尤其涉及一种海床侧向变形与滑动观测装置及方法。

背景技术

在恶劣海况期间，大风浪会引起海床内部孔隙水压力的动态累积以及有效正应力的降低，大幅度降低了海床土体的抗剪强度，引发海床土体剪切破坏甚至液化，导致海床侧向变形与滑动，假如海床坡度较大、土体强度较低，甚至可能会引发海底滑坡，造成海底管线、防波堤以及海洋平台基础的失稳破坏。同样地震等因素也会引发海底滑坡等地质灾害，对海上生产安全造成不可估量的损失。目前对于大风浪或地震等因素引起的海床破坏甚至海底滑坡的研究，大多采用数值模拟或者模拟实验的研究方法，缺少原位观测手段技术，对于海床土体破坏后的侧向变形与滑动是如何发生的以及发生的规模无法进行原位动态观测，本发明对于海床土体破坏滑移机制及预警方案的研究具有突出贡献。

目前,应用于陆上的土体侧向变形与滑动观测技术在国内外已非常成熟,并广泛的应用于陆上工程领域，主要靠光纤、位移传感器来监测变形位移量。然而关于海底滑坡观测方面的相关专利少之又少，经过现有的技术文献检索发现，中国专利名称：天然气水合物分解引起的海底滑坡模拟及观测系统的制作方法，专利申请号CN201410139109，该发明提出了一种可测量土体变形过程及变形量的变形测量单元，可对滑坡变形进行定量化描述，但该发明属于物理模拟实验范畴，可移植性差，不能满足原位观测的需求。因此，在海底土体侧向变形与滑动原位观测技术领域，我国目前仍然没有拥有自己独立知识产权的技术和设备，这也一直是关于海底滑坡原位观测的技术难题，本发明将填补这一空缺，推动我国海洋工程地质灾害防治的发展进程，保障海底管线、港口、海洋基础设施等的安全生产。

发明内容

本发明针对现有技术的不足或缺陷，提供一种海床侧向变形与滑动观测装置及方法，以实现对海床变形的长期原位观测。

海床侧向变形与滑动观测装置，其特征在于包括用于布放和回收的辅助船以及海底观测系统，所述辅助船上安装有海上钻机装置、起吊装置、钻杆以及套管，

所述的海底观测系统包括位移测量装置、数据采集密封舱和防沉降架；

所述的位移测量装置由一系列具有固定长度的刚性空心杆串联组成，最前端的一个刚性空心杆前部设有锥头，适当增加锥头的重量使之可作为配重使用，且相邻两个刚性空心杆之间通万向节连接，刚性空心杆可绕万向节进行360度弯曲，万向节为具有韧性的塑胶材料，每个万向节内部设有一个三轴加速度传感器，三轴加速度传感器的数据传输线从刚性空心杆中穿过，通过三轴加速度传感器的姿态变化以计算出各个节点的位移偏量；在末端万向节内还附加有一个用于处理三轴加速度传感器信号的微处理器和用于测量温度变化的温度传感器，各个三轴加速度传感器以及微处理器和温度传感器的数据传输线均通过位移测量装置末端的数据传输线缆与所述的数据采集密封舱连接；

所述的数据采集密封舱内部设有用于采集和存储数据的数据采集装置以及电源。

所述的防沉降架是由防沉降板和安装在防沉降板上的密封舱固定支架组成，均可采用不锈钢材料加工。

可在防沉降架表面喷漆防止海水腐蚀，防沉降板上设有若干个镂空圆孔，目的是为减轻重量以及打捞回收时减轻海床对防沉降板的粘滞阻力。

每个万向节内部的三轴加速度传感器通过支架而固定在位于其前端的一根刚性空心杆的杆端，而使各个三轴加速度传感器随其前端的刚性空心杆保持一致的角度变化。

所述的位移测量装置的万向节与刚性空心杆外表面由两层保护套包裹，其中内层保护套是柔性的防水塑胶套，外层保护套是高强度钢丝网套。

在靠近线缆端附有提拉环，用于整个位移测量装置的回收上拔；

上述数据传输线缆通过密封插件与所述的数据采集密封舱连接。

利用上述装置对海床侧向变形与滑动进行观测的布放与回收方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将数据采集装置进行采集频率与采集时长的设置，然后安装入采集密封舱进行密封；

2)利用辅助船的GPS定位系统将辅助船开到目标点位，并抛锚、下桩使船体保持平稳状态；

3)使用辅助船上的海上钻机装置对目标点位的海床钻孔，钻孔过程中同时下放套管，钻孔深度不低于位移测量装置的长度，钻孔完成之后取出钻杆；

4)将位移测量装置顺着套管下放至海床钻孔中，使位移测量装置呈垂直姿态，通过观测数据传输线缆是否呈绷直状态以判断位移测量装置是否垂直；

5)采用工程用砂对钻孔进行填充，并将套管逐渐上拔，使位移测量装置留置在海床内；