[发明专利]一种可模拟海底砂土液化导致的滑坡和冲击的实验装置

说明书

本发明公开了一种可模拟海底砂土液化导致的滑坡和冲击的实验装置，包括自动撒砂装置、土体液化装置、测量系统、数据采集系统、吊机和用于置放实验装置的机架。吊机用于抬升水槽到指定角度。自动撒砂装置安装在水槽正上方，用于生成滑槽内的砂样，其中千斤顶安装在水槽支架上方，与液压控制系统相连接，千斤顶可以产生驻波，使土体液化，发生流动，冲击海底管道。通过各类传感器监测滑坡体的运动特性及海底管道的受荷。水槽侧面和顶部的高速相机用于记录滑坡体的运动形态。本装置可以实现海底滑坡后对海底管道的破坏监测，通过对比工况组合的数据，得到滑坡体的运动特性和与结构物作用的机理，为海底滑坡的防治提供科学的依据和指导。

技术领域

本发明涉及海洋工程建设领域，具体涉及一种模拟海底中砂土液化导致的滑坡和对结构物冲击的实验装置，可用于室内测量海底中发生滑坡后对海底管道冲击的荷载，为海洋工程建设提供一定的指导。

背景技术

海洋蕴藏着极其丰富的能源，包括海洋石油、天然气、可燃冰、海洋再生能源(风能、潮汐能、潮流能和波浪能)等。以开发、利用、保护、恢复海洋资源为目的的海洋工程建设是我国未来经济发展的重要方向。在影响海洋陆坡地质环境安全的灾害因素中，海底滑坡是具有直接活动性、危害性最大的一种。它的发生不仅可以重塑陆坡区地质环境，严重破坏油气开发平台、油气管道、海底通讯电缆等重要设施，对海洋工程建设造成巨大的困难；还会引发天然气水合物资源的大量分解，造成海洋环境的恶化，引起海浪涡旋和海啸。也就是说海底滑坡所产生的影响在本质上控制着一个区域的地质灾害风险。因此，全面深入地研究认知近海滑坡的形成机制、影响因素以及风险评价方法，对于保障我国海洋能源开发、海洋空间利用中的工程设施建设意义重大。

目前对海底滑坡的研究主要集中在滑坡的几何形态意识、结构分析与触发因素的定性研究等方面，但由于研究的困难性，对于海底滑坡的定量研究、滑坡机制和动力学的数值-物理方面仍有很多的工作要做。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可模拟海底砂土液化导致的滑坡和冲击的实验装置，为工程近一步的解决海底滑坡灾害问题提供一定的指导。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种模拟海底中砂土液化导致的滑坡和对结构物冲击的实验装置，包括自动撒砂装置、土体液化装置、测量系统、数据采集系统、吊机和用于置放实验装置的机架；吊机与固定板一端相连，测量系统与数据采集系统相连；所述机架包括立柱、承台、多个水槽支架、置放在承台上的固定板和固定在固定板上的水槽；立柱位于吊机和水槽的中间并竖直固定在固定板上；多个水槽支架焊接固定在水槽上；自动撒砂装置包括电机和出口向下的料箱，所述料箱一端与电机相连，电机通过一螺钮固定在立柱上；料箱出口处设置有一活塞；所述土体液化装置包括两个运动方向相反的千斤顶及用于控制千斤顶运动的液压控制系统；两个千斤顶朝下，通过水槽支架依次固定在水槽顶，千斤顶与自动撒砂装置位于同一侧；液压控制系统固定在水槽支架上；所述测量系统包括置放在水槽中的海底管道、用于测量海底管道受荷的轴力传感器、用于测量滑坡体的流深的位移传感器、用于监测孔压的孔压传感器、用于测量沙土液化情况的弯曲元和用于记录水槽内的流动形态的多个高速相机；轴力传感器固定在海底管道表面，位移传感器和颗粒分度仪传感器的安装位置与自动撒砂装置位于同一侧，通过水槽支架固定在水槽顶；孔压传感器安装在水槽底部，弯曲元安装在自动撒砂装置下方水槽的侧壁上；多个高速相机固定在水槽支架上，高速相机至少一个安装在与自动撒砂装置同一侧的水槽顶，至少一个安装在海底管道周围的水槽侧壁上。

进一步地，所述料箱出口下端还安装有一用于控制下落砂子的粒径的漏网。

进一步地，数据采集系统包括计算机和数据采集仪。数据采集仪连接各个传感器，计算机数据进行分析处理并根据用户设置发布指令。

进一步地，所述实验装置还包括安装在高速相机周围的照明灯。