[发明专利]一种模拟斜坡海床中浅层气喷发灾变对既有海洋基础影响的装置

说明书

本发明公开了一种模拟斜坡海床中浅层气喷发灾变对既有海洋基础影响的装置，该装置包括海洋桶形基础、千斤顶、进气喷管等；现有的科学技术几乎无法在现场探明海床中大范围的土体内部气力劈裂的蔓延路径，现有的理论也无法准确预测其可能的喷发路径。为解决以上问题，本发明模拟斜坡海床中浅层气喷发灾变，再现实际环境下气力劈裂的灾变过程，并基于此解释气力劈裂灾变的灾变机制，为探明浅层气喷发对既有海洋基础影响提供了模型技术和观测手段。基于本发明的模型实验研究，将为我国未来大湾区建设过程中海洋基础的选址、安全性评价提供关键的科学技术支持。

技术领域

本发明属于海床地质工程灾变模拟的技术领域，一种模拟斜坡海床中浅层气喷发灾变对既有海洋基础影响的装置。

背景技术

我国的三大海域(南海、东海、环渤海)蕴藏了丰富的海底油气等资源。上述资源的开发大多依赖于海上钻井平台，海床地基是钻井平台基础的最终承载者。

不幸的是，我国三大海域的海床地基中，广泛浅埋有高压沼气。当气压聚集到一定的程度，浅层气就会向上劈裂海床基地、并在海床表面形成巨坑(直径可达数百米)。这种浅层气喷发灾变很可能导致附近既有海洋基础倒塌，而阻碍深海资源的开发。由于缺乏上述灾变机制的模拟手段，目前国际上尚缺乏对斜坡海床中气力劈裂的启动条件、气力劈裂灾变蔓延范围的深刻认识，这给浅层气海床地基中海洋基础的设计、选址带来了很大难度。

目前国际上尚缺乏对气力劈裂的启动条件、劈裂扩展路径的深刻认识，这阻碍了工程上对浅层高压气气力劈裂的预测，是深海资源开发的一个大障碍。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种模拟斜坡海床中浅层气喷发灾变对既有海洋基础影响的装置。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：一种模拟斜坡海床中浅层气喷发灾变对既有海洋基础影响的装置，其特征在于，包括基座，安装在基座上的倾斜装置、安装在所述倾斜装置上的模型箱和反力架，模型箱内具有透明土，透明土中倒扣有一海洋桶形基础，加载于海洋桶形基础的加载系统，以及原位T型触探器、光源系统和图像采集器。

所述倾斜装置包括2号底板、2号支杆和4号千斤顶；所述2号支杆和4号千斤顶竖直固定在基座上，所述2号底板一端铰接于2号支杆顶端，另一端位于4号千斤顶上；

反力架包括竖直固定于基座上的1号反力架竖杆、2号反力架竖杆，反力架顶板的两端与1号反力架竖杆、2号反力架竖杆顶端固接；

模型箱通过若干根支撑柱固定于2号底板上，模型箱的底面上沿前后方向开有一列进气孔，每个进气孔处设置有一个喷气装置，喷气装置通过导管与一气泵相连；气泵为伺服气泵；模型箱的一内侧壁沿进气孔的排列方向固定有多组声波发射器，相对的另一内侧壁固定有多组声波接收器；每组声波发射器、和声波接收器对应一个测试平面，每个测试平面对应一个喷气装置；

所述喷气装置包括位于测试平面内的半圆弧支架和1号喷气管和2号喷气管，半圆弧支架固定于模型箱底面，支架上具有角度刻度；1号喷气管和2号喷气管的始端通过导气软管与位于半圆弧支架圆心位置的进气座相连，进气座与进气孔相连；所述1号喷气管和2号喷气管上具有凸起，所述凸起沿半圆弧支架内圆周滑动；所述1号喷气管和2号喷气管的尾端通过锁紧螺丝锁紧于半圆弧支架；

所述图像采集器位于模型箱正前方，光源系统发生竖直方向的平面光，位于模型箱的一侧，光源系统包括水平滑杆，水平滑杆上安装有激光发射器，激光发射器前端安装有光学棱镜；水平滑杆的两端通过支架固定于反力架顶板；原位T型触探器位于透明土上方，上端通过一伸缩杆固定于反力架顶板，原位T型触探器上部固定有3号位移传感器，检测与架顶板之间的距离；