[发明专利]一种海底滑坡灾害致使工程管线振动的试验模拟系统及方法

说明书

本发明公开了一种海底滑坡灾害致使工程管线振动的试验模拟系统，包括模拟海底管线装置、水环境模拟装置、滑坡体运动模拟装置和数据监测装置，模拟海底管线装置包括一根模拟管线，和与模拟管线连接的管线支架，水环境模拟装置包括箱体、设在箱体内的模拟海床面和注水口，滑坡体运动模拟装置包括与模拟海床面连接的滑槽、向滑槽内注入滑坡土样的集料器，数据监测装置包括摄像机和空压传感器，其中，所述模拟管线横向设在模拟水环境中用以使用模拟滑坡体进行冲击。本发明可实现对海底滑坡灾害致使工程管线的振动、甚至扭转问题的试验模拟与分析，可实现不同滑坡体运动速度、不同管线平均密度下的管线受力、流场、位移、扭转及相关图像的综合研究功能，且装置简单易于推广。本发明还公开上述装置的试验方法。

技术领域

本发明涉及一种海底滑坡灾害致使工程管线振动的试验模拟系统，本发明还涉及一种海底滑坡灾害致使工程管线振动的试验模拟系统的试验方法。

背景技术

近年来，随着陆地资源的日渐匮乏和人口急速增长，人类的生存环境面临着严峻挑战，而二十一世纪是海洋发展的新时代，世界各沿海国家逐渐将目光投向辽阔的海洋。对我国而言，海洋资源十分丰富，安全高效的开采海洋油气能源是我国海洋发展的一个重要方向，其中，输送石油、天然气等重要资源，离不开一种重要的工程结构物——海底管线。然而，海床土体在各种复杂的海洋环境作用下（例如：地震、水合物分解、波浪等），即便是在坡角小于1°的情况下，也可能会发生滑坡，这直接影响滑坡发生区临近海底管线的稳定，一旦海底管线断裂，将造成巨大的经济损失，特别是海底滑坡灾害作用可能会导致管线发生振动，若其振动频率与管线结构自振频率相近，将引发严重的共振危害，对于海底管线安全稳定有着巨大的威胁。因此，探究海底滑坡灾害致使海底管线的振动问题，对于管线设施的安全设计与长期运营而言具有十分重要的指导意义。

然而，以往有关滑坡体冲击管线的研究，主要探讨的是海底滑坡对管线形成的冲击作用荷载，且相关装置与方法也主要为其服务，而对于管线可能产生的振动问题，甚至管线是否还会发生一定的旋转，相关研究基本处于空白。因此，这一现状使得海底滑坡对管线的致灾作用评价并不全面，不利于海底滑坡灾害评价及海底滑坡易发区内管线工程设计的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种可供模拟海底滑坡冲击海底管线，并对海底管线的振动和/或旋转进行监测和记录的试验系统，本发明的目的还在于提供一种上述试验系统的试验方法。

为了实现以上目的，本发明提供一种海底滑坡灾害致使工程管线振动的试验模拟系统，包括模拟海底管线装置，模拟海底管线装置包括一根模拟管线，和与模拟管线连接的管线支架，其中，所述模拟管线横向设在模拟水环境中用以使用模拟滑坡体进行冲击。

进一步的，上述海底滑坡灾害致使工程管线振动的试验模拟系统还包括：

水环境模拟装置，包括箱体、设在箱体内的模拟海床面和向箱体内注水的注水口；

滑坡体运动模拟装置，包括与模拟海床面连接的滑槽、用以向滑槽内注入海底滑坡土样的集料器；

进一步的，上述海底滑坡灾害致使工程管线振动的试验模拟系统还包括用以观测冲击试验管线变化的数据监测装置，包括正对模拟管线的摄像机和安装在模拟管线内侧安置槽中的孔压传感器。

进一步的，所述模拟管线包括设在模拟管线内的填充物和/或内管。

进一步的，所述管线支架的内壁沿长度方向设有安置模拟管线的凹槽，所述模拟海床面上设有竖向刻度尺，其中，所述模拟管线可在凹槽中发生竖向振动位移和扭转，所述模拟管线可固定管线外壳，管线外壳上设有用于观测管线扭转角度的标记。

进一步的，所述滑坡体运动模拟装置还包括水土回收槽，水土回收槽设在模拟管线外侧且与模拟海床面连接。

进一步的，所述集料器可在升降装置作用下调整高度。