[發(fā)明專利]一種基于波浪振動(dòng)作用的海底滑坡模擬系統(tǒng)及試驗(yàn)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010058372.5
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN111076895A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 倪衛(wèi)達(dá);單治鋼;彭鵬;孫淼軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司
• 主分類號(hào): G01M10/00
• 分類號(hào): G01M10/00;G01N3/02;G01N3/36
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 韓小燕

本發(fā)明涉及一種基于波浪振動(dòng)作用的海底滑坡模擬系統(tǒng)和試驗(yàn)方法，主要用于研究波浪振動(dòng)作用下海底滑坡的動(dòng)力響應(yīng)，揭示海底滑坡的孕育機(jī)制和破壞機(jī)理。其結(jié)構(gòu)包括框架支撐結(jié)構(gòu)、滑坡模擬裝置、波浪模擬裝置和滑坡監(jiān)測裝置，所述滑坡模擬機(jī)構(gòu)包括模擬滑坡體和傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述波浪模擬機(jī)構(gòu)包括激振板和激振驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述滑坡監(jiān)測裝置包括孔壓監(jiān)測計(jì)和位移傳感器。本發(fā)明充分考慮了波浪荷載在海底滑坡中的重要作用，大量克服了大型港池試驗(yàn)和理論數(shù)值計(jì)算的缺點(diǎn)，可用于揭示在波浪荷載作用下海底滑坡的孕育機(jī)制和破壞機(jī)理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海洋地質(zhì)災(zāi)害技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于波浪振動(dòng)作用的海底滑坡模擬系統(tǒng)，主要用于研究在波浪荷載作用下，海底滑坡的動(dòng)力響應(yīng)及觸發(fā)機(jī)制。

背景技術(shù)

海底滑坡作為一種極具破壞力的海洋地質(zhì)災(zāi)害，對海底光纜、風(fēng)電樁基、港口碼頭和鉆井平臺(tái)等近海工程具有重大的破壞作用，給沿海地區(qū)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來不可估量的損失。由于海底滑坡的賦存環(huán)境與陸地滑坡有明顯區(qū)別，海底滑坡的成因機(jī)制和觸發(fā)因素均較為復(fù)雜。因此，近年來海底滑坡的相關(guān)研究逐步成為海洋工程學(xué)科和海洋災(zāi)害學(xué)科的研究熱點(diǎn)，研究表明波浪振動(dòng)作用是觸發(fā)海底滑坡，尤其是近海海底滑坡的一個(gè)重要影響因素。波浪振動(dòng)荷載對海底滑坡的影響主要分為兩個(gè)方面：1、波浪作為一種振動(dòng)荷載，在其傳播過程中引起滑坡體受力條件的改變，循環(huán)增加滑坡體的下滑作用力，從而降低滑坡體的穩(wěn)定性；2、波浪作為一種循環(huán)荷載，在其傳播時(shí)引起滑坡體內(nèi)的孔壓改變，包括瞬時(shí)孔壓和累計(jì)孔壓，降低土體有效強(qiáng)度，從而進(jìn)一步降低滑坡體的穩(wěn)定性。

目前，學(xué)術(shù)界研究波浪對海底滑坡影響的主要手段為：理論算法、數(shù)值模擬和大型港池物理模型試驗(yàn)。然而，理論算法和數(shù)值模擬受限于較多的假設(shè)前提，致使其研究結(jié)果與工程實(shí)際的匹配程度較低；大型港池物理模型試驗(yàn)是現(xiàn)階段開展海底滑坡相關(guān)研究最為直觀和可靠的方法，但是其具有成本高、周期長等缺點(diǎn)。目前尚未有實(shí)驗(yàn)室尺度的小型物理模擬設(shè)備，可用于開展波浪荷載對海波滑坡影響的試驗(yàn)研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)中理論計(jì)算和數(shù)值模擬的缺點(diǎn)，避免大型港池物理模型試驗(yàn)成本高、周期長的不足，提供一種基于波浪振動(dòng)作用的海底滑坡模擬系統(tǒng)及試驗(yàn)方法，用于研究波浪荷載作用下，海底滑坡的動(dòng)力響應(yīng)及觸發(fā)機(jī)制。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的一種基于波浪振動(dòng)作用的海底滑坡模擬系統(tǒng)，包括框架支撐結(jié)構(gòu)、滑坡模擬裝置、波浪模擬裝置和滑坡監(jiān)測裝置，所述框架支撐結(jié)構(gòu)包括玻璃容器，所述滑坡模擬機(jī)構(gòu)包括模擬滑坡體和傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述波浪模擬機(jī)構(gòu)包括激振板和激振驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述激振板通過激振驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置于玻璃容器的頂部，模擬滑坡體設(shè)置于玻璃容器的底部，傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)置于模擬滑坡體下方，所述滑坡監(jiān)測裝置包括孔壓監(jiān)測計(jì)和位移傳感器，所述孔壓監(jiān)測計(jì)預(yù)埋于所述模擬滑坡體內(nèi)，所述位移傳感器設(shè)置于模擬滑坡體表面，所述孔壓監(jiān)測計(jì)和位移傳感器用于模擬滑坡體的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的監(jiān)測和記錄。

作為優(yōu)選，所述傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)包括螺旋飛輪、飛輪橫軸、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、滑動(dòng)板，所述模擬滑坡體底部設(shè)置滑動(dòng)板，滑動(dòng)板設(shè)置有若干貫穿滑動(dòng)板上下表面的滑動(dòng)板底孔，飛輪橫軸橫置于玻璃容器底部位于滑動(dòng)板下方，所述螺旋飛輪設(shè)置于飛輪橫軸上，螺旋飛輪頂靠滑動(dòng)板下方，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過飛輪橫軸驅(qū)動(dòng)螺旋飛輪旋轉(zhuǎn)。

作為優(yōu)選，玻璃容器底部設(shè)有兩根平行的支撐梁，所述飛輪橫軸橫置于兩根支撐梁之間，飛輪橫軸設(shè)有橫軸螺栓與支撐梁固定連接。

作為優(yōu)選，所述的激振驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括牛腿梁、支撐彈簧、彈簧螺栓、振動(dòng)電機(jī)，所述牛腿梁設(shè)置在玻璃容器內(nèi)側(cè)，牛腿梁上方設(shè)置支撐彈簧，所述激振板四角設(shè)置于支撐彈簧頂端并通過彈簧螺栓連接支撐彈簧，所述振動(dòng)電機(jī)設(shè)置于激振板頂部。

作為優(yōu)選，激振板頂部設(shè)有振動(dòng)電機(jī)底板，所述振動(dòng)電機(jī)底板和激振板之間通過若干底板螺栓固定連接，振動(dòng)電機(jī)設(shè)置于振動(dòng)電機(jī)底板上。