[發明專利]一種深海軟土抗剪強度及孔壓因子測試系統及測試方法

有效

• 申請號: 202110798213.3
• 申請日: 2021-07-15
• 公開（公告）號: CN113552007B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 楊慶;孫安元;楊鋼;任玉賓
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N33/24
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發明公開了一種深海軟土抗剪強度及孔壓因子測試系統及測試方法，屬于海洋巖土工程領域。該系統包括微型全流觸探儀、加載平臺、溫控高壓釜、水深模擬系統、溫控系統和剪切模量測試系統。本發明利用水深模擬系統及溫控系統模擬深海低溫高壓環境，并利用微型全流觸探儀、彎曲元晶片測試土體的抗剪強度及剪切模量，具有對深海環境還原度高、系統綜合性強、指標可量化的優點。

技術領域

本發明屬于海洋巖土工程領域，涉及一種深海軟土抗剪強度及孔壓因子測試系統，以及一種基于全流觸探的考慮深海溫-壓環境的測定方法。

背景技術

隨著技術的進步，對于海洋油氣資源的開發正由“近淺海”走向儲備更加豐富的“深遠海”，而深海嚴酷的溫-壓環境、復雜的地質及水力條件也給我們提出了新的挑戰。對于多數海洋構筑物，海床是基礎結構“扎根”的土壤，海床地基和基礎的穩定性對海洋結構物的穩定和安全具有至關重要的作用。有別于陸源黏土，深海海床多由富含生物質殘骸的軟土或超軟土組成，強度極低(通常在十幾kPa范圍內)，長期處于低溫(接近4℃)，超高靜水壓力(每千米10MPa)的環境中。對于處于不良地層的海洋構筑物基礎來說，準確評估深海軟土的強度特性，對于海洋錨固基礎的優化設計以及運營過程中的安全評估有著至關重要的意義。

目前，對于深海軟土強度的測試評價，局限于基于循環貫入試驗、剪切流變試驗、三軸試驗等方法，且多在室內常溫常壓條件下進行，未能考慮深海低溫、高水壓條件的影響。而相關的研究發現溫度及靜水壓力對于土體強度的有著不可忽視的影響。針對這些問題，本發明從還原深海環境、提高測試精度、降低不利擾動角度出發，提供了一種深海軟土強度及孔壓因子測試系統及測試方法，具有精度高、可量化分析、綜合性好的優點，對深海軟土強度特性的評價與研究有良好的工程意義。

發明內容

本發明目的在于提供一種深海軟土抗剪強度及孔壓因子測試系統及測試方法，以克服現有測量手段的不足。該方法利用水深模擬系統及溫控系統模擬深海低溫高壓環境，并利用微型全流觸探儀、彎曲元晶片測試土體的抗剪強度及剪切模量，具有對深海環境還原度高、系統綜合性強、指標可量化的優點。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種深海軟土抗剪強度及孔壓因子測試系統，包括微型全流觸探儀1、加載平臺2、溫控高壓釜3、水深模擬系統、溫控系統和剪切模量測試系統。

所述溫控高壓釜3包括上頂蓋3-1、中缸3-2和下頂蓋3-3。其中，中缸3-2兩端分別安裝在上頂蓋3-1和下頂蓋3-3的圓形凹槽上，上頂蓋3-1和下頂蓋3-3通過限位螺桿連接。

所述上頂蓋3-1的圓形凹槽上通過溫度傳感器安裝孔3-1.2安裝溫度傳感器7、通過彎曲元晶片安裝孔A3-1.1安裝彎曲元晶片8、通過孔壓傳感器安裝孔3-1.5安裝孔壓傳感器10。

所述下頂蓋3-3的圓形凹槽上設有高壓管通道9，并通過彎曲元晶片安裝孔B3-3.3安裝彎曲元晶片8。下頂蓋3-3安裝在加載平臺2的凹槽中，其側面的中空布線通道3-3.4與加載平臺2側面的內置布線通道2-2連通。

所述中缸3-2為圓管狀結構，其側壁上分別設有進水口3-2.2和出水口3-2.3，二者通過中缸3-2側壁上設置的中空螺旋通道3-2.1連通。

所述的微型全流觸探儀1用于測試土體的強度，包括步進電機1-1、直線模組1-2、連桿1-3和圓柱形探頭1-4。其中，直線模組1-2下端安裝在加載平臺2的直線模組安裝卡槽2-1中，直線模組1-2上端連接步進電機1-1，步進電機1-1的輸出軸與連桿1-3一端連接，連桿1-3另一端穿過上頂蓋3-1圓形凹槽上的連桿限位孔3-1.4與圓柱形探頭1-4連接。

所述水深模擬系統包括液壓源4和孔壓傳感器10，用于提供靜水壓力模擬水深。其中，液壓源4通過高壓管道4-1與孔壓傳感器10及高壓管通道9連接。