[发明专利]原位实时监测沉积物孔压及海床变形的装置及布放方法

说明书

本发明提供了一种原位实时监测沉积物孔压及海床变形的装置及布放方法，包括原位实时监测装置和数据采集系统,原位实时监测装置包括钢管，钢管之间通过金属波纹管连接，钢管内设有三轴加速度传感器、水孔、孔压传感器、温度传感器和微处理器；数据采集系统包括密封采集仓，密封采集内装有数据采集传输设备和锂电池，数据采集传输设备的通讯接口通过水密接头连接实时通讯线缆，实时通讯线缆的另一端连接通讯浮球。通过本发明的技术方案，解决孔压探杆因海底沉积物较硬等原因无法正常贯入的问题，降低布放风险，同时可更加精准的确定布放位置、深度，提高观测数据的准确性。实现海床不同深度孔压数据及沉积物滑移量的实时采集和无线传输。

技术领域

本发明涉及海底观测技术领域和海洋工程地质技术领域，具体而言，特别涉及一种原位实时监测沉积物孔压及海床变形的装置及布放方法。

背景技术

海床变形滑动是反映海床稳定性的最直观指标，该方面的观测资料一方面可以帮助我们分析海底前期地质灾害的变形特性，为研究灾害机理提供有力证据，另一方面可以为海洋工程提供预警，保障工程及人员安全。由于海底复杂的工程动力地质作用，原位观测的实施难度大，对观测设备的技术要求较高，所以针对海底变形滑动过程的研究，在国内外均处于探索阶段。尤其在波浪动力作用或地震作用下，海底沉积物内部孔隙水压力不断地发生动态变化，孔隙水压力的动态累积会导致海底沉积物有效正应力下降，容易导致海床液化及海床侧向变形甚至诱发海底滑坡。孔隙水压力原位观测能够有效的反映海底动力地质过程，对于研究海床沉积物在波浪等水动力作用下的动态响应具有重要意义。

针对孔隙水压力累积引起沉积物液化所诱发的一系列滑动失稳破坏，需要同时获得孔压及位移的动态观测数据，按照现有的原位观测技术必须分别布放位移监测设备和孔隙水压力探杆，二者的布放位置、采集频率及数据的关联性都将严重影响观测的效果及后续数据的有效分析。本发明则巧妙的将孔压观测同海底变形滑动观测集成为一种原位观测装置，能有效推动海底沉积物液化引起的海床滑动失稳破坏机制及预警方案研究。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，同时实现海床不同深度处孔隙水压力值及变形滑移量两个参数的原位观测，为液化导致海床滑动失稳破坏的监测预警提供数据和技术支撑。通过海上钻孔的方式布放观测装置，解决孔压探杆（贯入式）因海底沉积物较硬等原因无法正常贯入的问题，降低布放风险，同时可更加精准的确定布放位置、深度，提高观测数据的准确性。实现海床不同深度沉积物孔压数据及滑移变形的实时采集和无线传输。本发明提供了一种原位实时监测沉积物孔压及海床变形的装置及布放方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：原位实时监测沉积物孔压及海床变形的装置，包括原位实时监测装置和数据采集系统,其中，原位实时监测装置包括8根钢管串联组成，每两段钢管之间通过金属波纹管连接，钢管与金属波纹管连接处内置橡胶防水垫，每段钢管内部安置一个三轴加速度传感器和温度传感器，通过钢管内的数据线进行串联，在自上往下的第一、三、五个钢管上加工设有水孔，水孔内安装有孔压传感器，位于底部的钢管底端加工螺纹处理并通过螺纹安装锥形配重，位于顶部的钢管内装有微处理器，位于顶部的钢管顶端装有数据传输水密线缆，钢管内部通过数据线将三轴加速度传感器、温度传感器和微处理器通讯连接，并且数据线通过数据传输水密线缆连接至数据采集系统；

数据采集系统包括密封采集仓，密封采集仓分为上下两层，上层安装有数据采集传输设备，下层安装有锂电池，密封采集仓的顶端设有水密接头，数据采集传输设备的采集接口通过水密接头与数据传输水密线缆的一端连接，数据采集传输设备的通讯接口通过水密接头连接实时通讯线缆，实时通讯线缆的另一端连接通讯浮球，密封采集仓的下部外壁上固定装有L型支架，密封采集仓通过L型支架固定安装在防沉降底座内。

作为优选方案，钢管的材质为不锈钢材料，长度为500毫米，钢管为管状结构并且其两端进行螺纹处理，每两个钢管之间通过螺纹使用金属波纹管进行连接。

进一步地，金属波纹管的材质为不锈钢材料。