[發(fā)明專利]海床側向變形與滑動觀測裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510717982.0
• 申請日: 2015-10-28
• 公開（公告）號: CN105301193A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發(fā)明（設計）人: 賈永剛;王振豪;劉曉磊;郭磊;張少同;文明征;朱超祁;單紅仙
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01B21/32
• 代理公司: 青島海昊知識產權事務所有限公司 37201
• 代理人: 張中南;邱岳

技術領域

本發(fā)明屬于海洋地質觀測領域，尤其涉及一種海床側向變形與滑動觀測裝置及方法。

背景技術

在惡劣海況期間，大風浪會引起海床內部孔隙水壓力的動態(tài)累積以及有效正應力的降低，大幅度降低了海床土體的抗剪強度，引發(fā)海床土體剪切破壞甚至液化，導致海床側向變形與滑動，假如海床坡度較大、土體強度較低，甚至可能會引發(fā)海底滑坡，造成海底管線、防波堤以及海洋平臺基礎的失穩(wěn)破壞。同樣地震等因素也會引發(fā)海底滑坡等地質災害，對海上生產安全造成不可估量的損失。目前對于大風浪或地震等因素引起的海床破壞甚至海底滑坡的研究，大多采用數(shù)值模擬或者模擬實驗的研究方法，缺少原位觀測手段技術，對于海床土體破壞后的側向變形與滑動是如何發(fā)生的以及發(fā)生的規(guī)模無法進行原位動態(tài)觀測，本發(fā)明對于海床土體破壞滑移機制及預警方案的研究具有突出貢獻。

目前,應用于陸上的土體側向變形與滑動觀測技術在國內外已非常成熟,并廣泛的應用于陸上工程領域，主要靠光纖、位移傳感器來監(jiān)測變形位移量。然而關于海底滑坡觀測方面的相關專利少之又少，經過現(xiàn)有的技術文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利名稱：天然氣水合物分解引起的海底滑坡模擬及觀測系統(tǒng)的制作方法，專利申請?zhí)朇N201410139109，該發(fā)明提出了一種可測量土體變形過程及變形量的變形測量單元，可對滑坡變形進行定量化描述，但該發(fā)明屬于物理模擬實驗范疇，可移植性差，不能滿足原位觀測的需求。因此，在海底土體側向變形與滑動原位觀測技術領域，我國目前仍然沒有擁有自己獨立知識產權的技術和設備，這也一直是關于海底滑坡原位觀測的技術難題，本發(fā)明將填補這一空缺，推動我國海洋工程地質災害防治的發(fā)展進程，保障海底管線、港口、海洋基礎設施等的安全生產。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足或缺陷，提供一種海床側向變形與滑動觀測裝置及方法，以實現(xiàn)對海床變形的長期原位觀測。

海床側向變形與滑動觀測裝置，其特征在于包括用于布放和回收的輔助船以及海底觀測系統(tǒng)，所述輔助船上安裝有海上鉆機裝置、起吊裝置、鉆桿以及套管，

所述的海底觀測系統(tǒng)包括位移測量裝置、數(shù)據(jù)采集密封艙和防沉降架；

所述的位移測量裝置由一系列具有固定長度的剛性空心桿串聯(lián)組成，最前端的一個剛性空心桿前部設有錐頭，適當增加錐頭的重量使之可作為配重使用，且相鄰兩個剛性空心桿之間通萬向節(jié)連接，剛性空心桿可繞萬向節(jié)進行360度彎曲，萬向節(jié)為具有韌性的塑膠材料，每個萬向節(jié)內部設有一個三軸加速度傳感器，三軸加速度傳感器的數(shù)據(jù)傳輸線從剛性空心桿中穿過，通過三軸加速度傳感器的姿態(tài)變化以計算出各個節(jié)點的位移偏量；在末端萬向節(jié)內還附加有一個用于處理三軸加速度傳感器信號的微處理器和用于測量溫度變化的溫度傳感器，各個三軸加速度傳感器以及微處理器和溫度傳感器的數(shù)據(jù)傳輸線均通過位移測量裝置末端的數(shù)據(jù)傳輸線纜與所述的數(shù)據(jù)采集密封艙連接；

所述的數(shù)據(jù)采集密封艙內部設有用于采集和存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集裝置以及電源。

所述的防沉降架是由防沉降板和安裝在防沉降板上的密封艙固定支架組成，均可采用不銹鋼材料加工。

可在防沉降架表面噴漆防止海水腐蝕，防沉降板上設有若干個鏤空圓孔，目的是為減輕重量以及打撈回收時減輕海床對防沉降板的粘滯阻力。

每個萬向節(jié)內部的三軸加速度傳感器通過支架而固定在位于其前端的一根剛性空心桿的桿端，而使各個三軸加速度傳感器隨其前端的剛性空心桿保持一致的角度變化。

所述的位移測量裝置的萬向節(jié)與剛性空心桿外表面由兩層保護套包裹，其中內層保護套是柔性的防水塑膠套，外層保護套是高強度鋼絲網套。

在靠近線纜端附有提拉環(huán)，用于整個位移測量裝置的回收上拔；

上述數(shù)據(jù)傳輸線纜通過密封插件與所述的數(shù)據(jù)采集密封艙連接。

利用上述裝置對海床側向變形與滑動進行觀測的布放與回收方法，其特征在于包括以下步驟：

1)將數(shù)據(jù)采集裝置進行采集頻率與采集時長的設置，然后安裝入采集密封艙進行密封；

2)利用輔助船的GPS定位系統(tǒng)將輔助船開到目標點位，并拋錨、下樁使船體保持平穩(wěn)狀態(tài)；

3)使用輔助船上的海上鉆機裝置對目標點位的海床鉆孔，鉆孔過程中同時下放套管，鉆孔深度不低于位移測量裝置的長度，鉆孔完成之后取出鉆桿；

4)將位移測量裝置順著套管下放至海床鉆孔中，使位移測量裝置呈垂直姿態(tài)，通過觀測數(shù)據(jù)傳輸線纜是否呈繃直狀態(tài)以判斷位移測量裝置是否垂直；

5)采用工程用砂對鉆孔進行填充，并將套管逐漸上拔，使位移測量裝置留置在海床內；