[實用新型]一種基于透明土旋轉水槽的海底滑坡演化過程模擬系統

有效

• 申請號: 201921896989.3
• 申請日: 2019-11-06
• 公開（公告）號: CN210603825U
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 年廷凱;郭興森;范寧;焦厚濱;宋曉龍;谷忠德;李東陽;王技博
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01N33/24
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

一種基于透明土旋轉水槽的海底滑坡演化過程模擬系統，屬于海洋地質災害與巖土工程實驗技術領域，包括旋轉水槽系統、透明土模擬系統、控制與數據采集系統。旋轉水槽系統通過控制電機賦予試樣不同速度，U型截面旋轉鼓槽閉合圓環結構用于滿足滑動距離不受限制要求；透明土模擬系統制備與真實海底土層物理力學特性相似的具有示蹤染色劑透明試樣及流體環境，實現試樣演化過程內部、外部及水土界面三維全程可視化；控制與數據采集系統通過三維激光切片與數字圖像采集方法，實現演化過程定量化監測與數據提取。本實用新型提供的實驗系統規模可控、演化過程可視、圖像數據可測，能解決長距離演化實驗難以開展、數據采集困難、監測畫面不清等問題。

技術領域

本實用新型屬于海洋地質災害與巖土工程實驗技術領域，涉及海底滑坡等海洋地質災害演化過程物理實驗模擬，針對滑坡體(尤其是黏性土滑坡體)的長距離演化實驗難以開展、實驗數據采集困難、實驗過程監測畫面不清等問題，提供一種基于透明土旋轉水槽的海底滑坡演化過程模擬系統及實驗方法。

背景技術

海底滑坡是一種最常見的海洋地質災害，廣泛分布于近海三角洲、大陸架、大陸坡及深海海盆，具體表現為海床土體發生局部或大范圍滑動，也是海底沉積物運移最重要地質過程之一。一旦海底斜坡失穩，將會造成海床塌陷、地基失效、進而產生大變形滑動、高速沖擊，將對深遠海及近海工程等造成巨大破壞，影響海洋資源的開發與海洋經濟的發展，一些大規模的海底滑坡還會誘發災難性的海嘯，造成巨大的人員傷亡及財產損失。

與陸地滑坡不同，海底滑坡發生在水下，極難觀測，至今仍缺乏真實可靠的觀測數據。經過事后調查發現，即使在極小的坡度情況下，海底滑坡也會發生，且具有滑動速度大、運移時間長、影響范圍廣等突出特點。因此，認識海底滑坡的失穩機理、演化過程，對工程建設前期的選址、已建工程的災害評估等具有重要意義。目前，很多學者已對海底滑坡進行具體分類與階段劃分。然而，受真實觀測資料缺乏、實驗技術手段難以再現海底滑坡演化過程、數值模擬缺乏理論依據等制約，海底滑坡演化全過程的機理分析仍是一段時期內國際前沿、熱點、難點的科學問題。

由上可知，海底滑坡發生過程現場資料與原位數據收集十分困難。另外，理論分析缺乏實測數據的支撐。所以，室內試驗是研究海底滑坡演化過程最有效的手段。然而，室內試驗的規模十分有限，常規水槽實驗只能研究海底滑坡某個具體階段的一個非常短的片段(僅幾到幾十秒)，難以再現海底滑坡演化的全過程，即使存在小尺寸旋轉水槽試驗但其僅針對砂質海底滑坡的均質碎屑流(泥石流)階段，且不能監測滑坡演化的內部變化，不能探究其內在機理。更為重要的是，海底滑坡尤其是深海滑坡，多以細顆粒黏性土為主，一旦開展水槽試驗，水土兩項介質馬上進行劇烈交換，瞬間造成渾濁，無法采集演化過程內外部的圖像與數據，更無法給出真實的量化結果。當前，基于相似原理，制備與真實黏土和流體物理力學特性相似的透明土試樣，探究固態試樣內部的變形過程，這已有大量的研究基礎，但同樣并不能探究滑坡演化的內在機理。因此，基于透明土技術，開發一種可控、可視、可測的實驗系統與方法是研究海底滑坡演化過程的有效前提與技術保障。

實用新型內容

為了解決當前海底滑坡演化過程實驗裝置的不足，甚至空白，本實用新型提供一種能有效控制、觀察、測試海底滑坡演化全過程的實驗系統，還具有研究不同種類海底滑坡演化全過程的功能，并詳細闡述其各部分的組成及使用方法，以期滿足海底滑坡演化全過程模擬分析的需要。

為了達到上述目的，本實用新型的技術方案為：