[實用新型]一種海底超軟土流變強度測試裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201821831498.6
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN209043755U
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發(fā)明（設計）人: 年廷凱;郭興森;谷忠德;范寧;魯雙
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N11/14
• 分類號: G01N11/14;G01N11/12
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

一種海底超軟土流變強度測試裝置，屬于海底軟土強度測試技術領域，包括運載平臺、姿態(tài)調整系統(tǒng)、流變強度測試裝置、控制與貫入系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與存儲系統(tǒng)、槳式轉子和自動伸縮探桿。運載平臺將裝置運送到待測海床實現(xiàn)平穩(wěn)著陸與安全回收；姿態(tài)調整系統(tǒng)確保裝置可豎直貫入海床；流變強度測試裝置通過控制與貫入系統(tǒng)，將固定邊界圓管與配有自動伸縮探桿的四葉片槳式轉子插入多個深度的土層，進行兩種模式的測試；數(shù)據(jù)采集與存儲系統(tǒng)負責采集、記錄與傳輸數(shù)據(jù)；基于測試數(shù)據(jù)開展分析與應用。本實用新型可實現(xiàn)覆蓋全剪切速率范圍海底超軟土流變強度的測試，具有獨立性高，連接簡單，自動化操作等優(yōu)點。

技術領域

本實用新型屬于海底軟土強度測試技術領域，涉及在不同剪切速率條件下海底軟土流變強度特性的測試與研究，尤其針對高含水量、高孔隙比、高靈敏度、高壓縮性的海底超軟土。

背景技術

超軟土(Ultra-Soft Soil)是指第四紀全新世(Q4)以來新近沉積的濱海相、湖沼相、三角洲相欠固結淤泥質黏土和淤泥，以及圍海造陸吹填過程所形成的淤泥和流泥【葉國良,郭述軍,朱耀庭.超軟土的工程性質分析[J].中國港灣建設,2010(5):1-9】。對于海洋巖土工程而言，海底的淺表層沉積物、海底滑坡所演化的碎屑流和泥流，更適合被定義為超軟土即海底超軟土。海底超軟土具有高含水率(＞70％)、高孔隙比(≥2.0)、天然強度極低(＜5kPa)、高液限(液性指數(shù))、高靈敏度、高壓縮性、滲透性差、固結系數(shù)小等特點。

當前，國家大力推進建設海洋強國計劃，海洋工程建設如火如特的展開。然而，海底地質條件異常復雜，尤其是油氣資源豐富的深海區(qū)，這里分布著廣泛的海底超軟土。一旦進行工程建設或遭遇地震等動荷載，海底超軟土層受到擾動，進一步導致軟化【BiscontinG,Pestana J M,Nadim F.Seismic triggering of submarine slides in soft cohesivesoil deposits[J].Marine Geology,2004,203(3):341-354】而非液化(液化一般指無黏性土)，強度迅速下降，造成海底地基失效，嚴重的演化為海底滑坡(海底滑坡能對大范圍的海洋工程設施造成破壞，甚至誘發(fā)大規(guī)模的海嘯)。為了量化海底超軟土的力學性質，其流變強度參數(shù)(包括：流變強度、剪切速率、表觀黏度)起到了至關重要的作用。海底超軟土的流變強度參數(shù)可指導并服務于油氣資源開采前的海洋地質災害評價、油氣開采平臺的錨固系統(tǒng)與海底管線等海底結構物的設計與建造。

然而，當前的測試手段如：靜力觸探測試(CPT)、全流動貫入測試(T-bar/Ball)、十字板剪切測試(VST)，僅能在某一極低剪切速率(一般＜0.2s^-1)的條件下進行測試，難以進行稍高剪切速率的流變強度測試；更不能實現(xiàn)對某一站位、某一深度的超軟土，進行不同剪切速率條件下的連續(xù)測試。例如，對于海底錨固系統(tǒng)中的魚雷錨(直徑0.76-1.2m)來說，其貫入速度可達到30m/s，超軟土的剪切速率可達到40s^-1；對于管纜(直徑0.1-1m)系統(tǒng)的災害評價來說，海底滑坡的沖擊速度可達10m/s，超軟土的剪切速率可達到100s^-1。基于上述提到的工程背景可知，目前現(xiàn)場的測試手段剪切速率仍相差2-3個數(shù)量級，難以滿足海底超軟土的原位測試需求。因此，對海底超軟土的深入研究迫在眉睫，尤其是要盡快開發(fā)一種能測試不同剪切速率條件下，海底超軟土流變強度特性的原位測試裝置。

實用新型內容

為了解決當前海底超軟土流變強度測試的不足，提供一種能測試同一站位、多個不同深度海底超軟土流變強度的原位測試裝置，其具有覆蓋工程所需全剪切速率范圍的測試能力，并詳細闡述其原理與使用方法，以及測得結果的進一步應用，以期滿足海洋工程建設與海底地質災害評價的需要。

為了達到上述目的，本實用新型的技術方案為：

一種海底超軟土流變強度測試裝置，包括運載平臺1、姿態(tài)調整系統(tǒng)2、流變強度測試裝置3、控制與貫入系統(tǒng)4、數(shù)據(jù)采集與存儲系統(tǒng)5、槳式轉子7和自動伸縮探桿8。