[發(fā)明專利]適用于陸坡區(qū)的自調(diào)節(jié)液壓靜力貫入裝置的貫入方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010583225.X
• 申請(qǐng)日: 2020-06-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111913233B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊慧良;單瑞;陸凱;趙京濤;楊源;李攀峰;竇振亞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島海洋地質(zhì)研究所
• 主分類號(hào): G01V11/00
• 分類號(hào): G01V11/00;G01N33/24;G01N27/04;G01N3/307;G01N1/08;G01L5/00;G01C9/00
• 代理公司: 青島中天匯智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37241
• 代理人: 雷斐;萬(wàn)桂斌

本發(fā)明涉及深海沉積物探測(cè)與采樣領(lǐng)域，特別是一種適用于陸坡區(qū)的自調(diào)節(jié)液壓靜力貫入裝置及方法。包括上部可調(diào)節(jié)貫入平臺(tái)和下部可調(diào)節(jié)支撐平臺(tái)，上部可調(diào)節(jié)貫入平臺(tái)與下部可調(diào)節(jié)支撐平臺(tái)的上表面固定連接，上部可調(diào)節(jié)貫入平臺(tái)包括機(jī)架、控制艙、貫入機(jī)構(gòu)、液壓站、配重和千斤頂Ⅰ，控制艙、貫入機(jī)構(gòu)、液壓站、配重和千斤頂Ⅰ均設(shè)置在機(jī)架上，鋼結(jié)構(gòu)框架的底部安裝有四個(gè)千斤頂Ⅰ，千斤頂Ⅰ固定在下部可調(diào)節(jié)支撐平臺(tái)上。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，成本低，可在最大程度上保證裝置整體重心始終不便或盡可能微小變化，避免由于貫入過(guò)程中由于重心下移或受力不均導(dǎo)致的裝置單邊下陷或整體傾覆。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及深海沉積物探測(cè)與采樣領(lǐng)域，特別是一種適用于陸坡區(qū)的自調(diào)節(jié)液壓靜力貫入裝置的貫入方法。

背景技術(shù)

人類無(wú)法生活在海洋中，由此決定了我們對(duì)海洋的認(rèn)知和了解需要在很大程度上依賴海洋探測(cè)與監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步、及利用該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的探測(cè)裝備。經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的努力，我國(guó)海洋科學(xué)、海洋技術(shù)、海洋裝備研發(fā)都取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。尤其是近些年來(lái)，隨著“海洋強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略的實(shí)施，我國(guó)在海洋領(lǐng)域研制了多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海洋裝備，形成了一批有影響、世界一流的成果。這些裝備、成果為海洋科學(xué)的研究、海洋工程提供了先進(jìn)的技術(shù)手段，推動(dòng)了我國(guó)海洋探測(cè)與監(jiān)測(cè)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，保證了海上風(fēng)電、海底隧道等海洋工程建設(shè)的安全保障。當(dāng)前，我國(guó)海洋探測(cè)與監(jiān)測(cè)技術(shù)與裝備的發(fā)展蒸蒸日上，為我國(guó)海洋科學(xué)的創(chuàng)新提供了不可估量的新動(dòng)力。

對(duì)于海洋探測(cè)及監(jiān)測(cè)，不同學(xué)科針對(duì)的對(duì)象有所不同。對(duì)于海洋工程而言，除了常規(guī)海洋浪、潮、流等對(duì)象，海底沉積物的工程性質(zhì)是最重要的探測(cè)及監(jiān)測(cè)對(duì)象。目前測(cè)量海底沉積物工程力學(xué)性質(zhì)最好、最常用的方法就是貫入式方法。將各種類型的探桿以靜力或動(dòng)力方式貫入至海底沉積物中，獲取沉積物的各類參數(shù)。

為實(shí)現(xiàn)采用貫入式探桿對(duì)海底沉積物進(jìn)行長(zhǎng)期原位觀測(cè)，目前主要的技術(shù)手段包括重力貫入、打樁貫入、鉆孔貫入以及靜力貫入四種方式。

重力貫入是通過(guò)控制纜繩的下放速度，或精準(zhǔn)計(jì)算貫入體的形態(tài)、浮重、重心位置，通過(guò)類似于自由落體的方法，控制貫入體進(jìn)入沉積物的方法。設(shè)備制造簡(jiǎn)單，但是設(shè)備加工精度、計(jì)算誤差、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響，要如預(yù)期實(shí)現(xiàn)指定深度、姿態(tài)的貫入過(guò)程，并保證設(shè)備安全，難度非常大。

打樁貫入往往是先利用重力貫入方法使貫入體初步進(jìn)入土體，而后通過(guò)內(nèi)置或外接的打樁設(shè)備，通過(guò)反復(fù)打樁的方式，使貫入體到達(dá)指定深度。該方法相對(duì)于重力貫入，對(duì)于計(jì)算和設(shè)備形態(tài)的要求大大降低，但打樁過(guò)程本身對(duì)于貫入體的姿態(tài)，難以有效掌控，而且打樁過(guò)程產(chǎn)生的振動(dòng)將對(duì)周圍沉積物產(chǎn)生巨大擾動(dòng)。

鉆孔貫入借鑒以往的鉆孔方法，在成孔之后將貫入體通過(guò)鉆管布放到海底沉積物中，而后通過(guò)回填進(jìn)行“貫入”。該方法穩(wěn)定可靠，但成本高、時(shí)間長(zhǎng)，且貫入探桿與沉積物的契合度非常差，往往導(dǎo)致無(wú)效觀測(cè)。

靜力貫入借鑒海底靜力觸探技術(shù)，采用坐底式貫入平臺(tái)，通過(guò)電機(jī)或液壓機(jī)等驅(qū)動(dòng)，利用機(jī)械手將貫入體送至沉積物中的指定位置。該方法穩(wěn)定可靠，容易實(shí)現(xiàn)姿態(tài)和深度控制，是相對(duì)更為安全、精準(zhǔn)的貫入方式。靜力貫入也是當(dāng)前探桿最常用的方式，貫入裝置穩(wěn)定支撐于海床面上，將探頭直接連續(xù)的貫入海底，以取得需要測(cè)量的數(shù)據(jù)。配套的探桿可以是任意一種適用于土體原位測(cè)試的，在錐頭安裝了各種傳感器的原位探測(cè)探桿。

但是由于靜力貫入需要將貫入裝置布放至海床面上，一旦海床面為一斜坡，則導(dǎo)致裝置在海床面上呈現(xiàn)傾斜狀態(tài)。由于重心向下坡方向偏移，關(guān)注裝置下坡向支撐腳將承受更大的力，下坡向支撐腳極易陷入沉積物中，使得貫入裝置呈現(xiàn)出既不平行于斜坡，又不平行于水平面的狀況。貫入平臺(tái)在貫入過(guò)程中僅能保障探桿垂直于貫入裝置底面進(jìn)行貫入，因此探桿在貫入過(guò)程中既不能保障豎直貫入沉積物地層，又不能保障垂直斜坡貫入地層。探桿獲取數(shù)據(jù)既不是地層在豎直方向變化值，又不是垂直地層方向的變化值，導(dǎo)致后期數(shù)據(jù)處理變得十分復(fù)雜，數(shù)據(jù)結(jié)果也難以在海洋工程上直接使用。

發(fā)明內(nèi)容