一种测量基盘下落与土相互作用的模拟试验装置的制作方法

本发明涉及海洋工程结构模型试验技术领域，更具体的说，是涉及一种测量基盘下落与土相互作用的模拟试验装置。

背景技术

随着陆上化石能源的枯竭，人们对海洋油气资源的重视程度和开发力度也越来越强。海洋石油开发逐渐走向深海区域，海洋工程需要对深海中使用的工程设备和结构进行研究和改进。基盘是海洋工程开发中的一种重要设备。基盘固定于海底，是一个用以保护预钻井口、引导平台就位以及保证井口正确回接的钢质结构，在钻井过程和油气开采过程中起到了重要作用。为了保证基盘在安装过程中的到位和稳定性以及安装后的可靠性，必须对基盘的自沉过程和基盘与深海海洋土的相互作用进行研究。

采用试验装置对基盘自沉下落后与土体的相互作用进行研究是一种通常的方法。试验中需要使基盘从一定高度落入土箱中，并控制其下落的姿态和速度，以模拟基盘实际安装过程中自沉状态。因此需要一个试验装置模拟下落过程，并能够在下落过程结束后读取所需数据以供后续研究。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种测量基盘下落与土相互作用的模拟试验装置，模拟基盘实际安装过程中下沉与土体接触的过程，并能够量取相关数据进行后续研究，具有结构设计合理、可进行多组试验、试验精度较高和量取数据便利等特点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种测量基盘下落与土相互作用的模拟试验装置，包括支架，所述支架中部对称设置有纵向的滑轨，每个所述滑轨底部均设置有挡块，每个所述滑轨均设置有滑块，所述滑块均通过顶部连接的牵引绳提供动力沿滑轨上下移动，每个所述滑块均通过滑块限位器与基盘模型相连接，所述滑块限位器侧壁水平设置有测距板；

所述基盘模型正下方设置有土箱，所述土箱内部由下至上依次铺设有下砾石层、与土箱内部连通的排水管、上砾石层、土工布和试验用土层，所述土箱箱壁设置有与排水管端头连接的排水管出口，所述试验用土层内埋设有传感器，所述土箱顶部设置有位移传感器。

所述滑块限位器包括连接在基盘模型上的顶部开口钢筒，所述钢筒内设置有纵向移动的直杆，所述直杆底部焊接有钢板，所述直杆顶部与滑块相连接；所述钢板的尺寸大于钢筒顶部的孔尺寸，且小于钢筒的内径；所述直杆的直径小于钢筒顶部的孔尺寸。

所述传感器包括孔隙水压力传感器和土压力传感器。

所述排水管盘设于下砾石层上部，所述排水管管壁设置有连通孔，所述连通孔的直径应均小于上砾石层和下砾石层中砾石的直径。

所述土箱顶部一侧水平设置有用于固定位移传感器的支撑板，所述位移传感器位于测距板的正下方。

所述支架设置为中空结构，所述支架顶部设置有用于牵引绳拉动的滑轮。

所述牵引绳一端与滑块连接，另一端与卷扬机连接。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明中，滑轨和牵引绳使得基盘模型下落高度调整方便，便于实际操作中进行多组试验提取数据；

(2)本发明中土箱设有由砾石、排水管、土工布构成排水系统，可通过注水和排水调节试验用土的饱和度；

(3)本发明中采用由位移传感器、孔隙水压力传感器和土压力传感器构成的测量系统进行所需数据的测量，通过安装在土箱上的位移传感器和安装在钢筒侧壁上的测距板高精度的测量位移，来解决了长距高频响高精度的位移传感器价格昂贵不易购买的缺点；

(4)本发明通过滑块限位器和挡块提升了试验精度，排除了基盘模型下落与试验用土层相互接触时下落的滑块对基盘模型的干扰。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

附图标记:1牵引绳；2滑轨；3滑块；4支架；5滑块限位器；501钢筒；502直杆；503钢板；6位移传感器；7测距板；8基盘模型；9传感器；10土工布；11下砾石层；12上砾石层；13排水管；14排水管出口；15土箱；16试验用土层；17支撑板；18滑轮；19挡块

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明的一种测量基盘下落与土相互作用的模拟试验装置，包括支架4，所述支架4为钢制支架，设置为中空结构，为其他设备结构提供支撑，根据基盘模型8下落高度的要求制定支架4的尺寸和撑杆数量，支架4需放置在平整地面上，以保证基盘模型8可以竖直下落。所述支架4中部对称设置有纵向的滑轨2，每个所述滑轨2底部均设置有挡块19，所述挡块19可固定于支架4上，防止滑块3下落脱离滑轨2。每个所述滑轨2上均设置有滑块3，在滑块3与滑轨2共同作用下使基盘模型8能沿竖直方向上提或下落，所述滑块3均通过顶部连接的牵引绳1提供动力，所述支架4顶部设置有用于牵引绳1拉动的滑轮18。所述牵引绳1为普通绳索或钢丝绳，其作用是通过滑轮18提起基盘模型8至试验需要的下落高度，根据所用基盘模型8的重量不同可选用不同种类的牵引绳1材质，也可在牵引绳1末端配备卷扬机代替人力提升基盘模型8。

每个所述滑块3底部均连接有滑块限位器5，通过滑块限位器5与基盘模型8相连接。所述滑块限位器5包括连接在基盘模型8上的顶部开口钢筒501，所述钢筒501内设置有可纵向移动的直杆502，所述直杆502底部焊接有小钢板503，所述直杆502顶部与滑块3相连接。所述小钢板503的尺寸需大于钢筒501顶部的孔尺寸，且小于钢筒501的内径，所述直杆501的直径需小于钢筒501顶部的孔尺寸。其中一个滑块限位器5侧壁水平设置有测距板7，测距板7可水平焊接于钢筒501的侧壁上。

所述基盘模型8正下方设置有土箱15，土箱15为放置试验用土的无盖钢制箱，放置于平整地面上。所述土箱15内部由下至上依次铺设有下砾石层11、排水管13、上砾石层12、土工布10和试验用土层16。所述下砾石层11和上砾石层12中的砾石尺寸应适中以保证达到排水和支撑上部试验用土层16的目的。所述排水管13盘设于下砾石层12上部，所述排水管13为pvc管，管径根据所用土箱15大小选取，管壁上开若干小连通孔，通过连通孔实现排水管13与土箱15内部的连通。所述土箱15箱壁开设有排水管出口14，所述排水管出口14与排水管13端头连接，可将排水管13内水体经排水管出口14排至土箱15外部。所述土工布10保证试验用土层16中的水可以顺利排下，同时使土体不和下方砾石直接接触，为更换试验用土提供便利。所述试验用土层16内埋设有传感器9，包括高频动态孔隙水压力传感器和高频动态土压力传感器，在基盘模型8下落后测量试验用土的所需数据。所述土箱15顶部一侧水平设置有支撑板17，支撑板17上固定有短距离高精度高频率的位移传感器6，所述位移传感器6位于测距板7的正下方，实现测量其与测距板7之间的距离和基盘模型8下落的时间，进而计算基盘模型8的下落速度。

本发明使用时的具体操作步骤如下：

步骤一，将土箱15放置于平整地面上，由下至上依次铺设下砾石层11、排水管13、上砾石层12和土工布10，其中排水管13端头与排水管出口14连接，并关闭排水管出口14。

步骤二，在土工布10上继续铺设试验用土层16，并将孔隙水压力传感器和土压力传感器埋设于其中，固定好位移传感器16，将支架4放置于土箱15上方，并安装其余设备，将测距板7和位移传感器6对正。

步骤三，向土箱15中注水，静置一段时间后使试验用土层16达到饱和固结状态，打开排水管出口14，土箱15中多余的水经连通孔进入排水管13中，然后经排水管出口14顺利排出，关闭排水管出口14。

步骤四，启动位移传感器6、孔隙水压力传感器和土压力传感器，通过牵引绳1、滑轨2和滑块3，提升基盘模型8至所需高度后释放使其下落，待其稳定后读取位移传感器6、孔隙水压力传感器和土压力传感器的数据。其中，在提升基盘模型8时，小钢板503与钢筒501顶端内表面接触，带动基盘模型8向上运动；下落时，滑块限位器5和基盘模型8一同下落，滑块限位器5中的小钢板503和钢筒501顶端内表面接触但不受力，基盘模型8落入试验用土层16中后停止运动，滑块限位器5中的钢筒501随基盘模型8停止，其余部分继续下落直至滑块3遇到挡块19后停止，停止后小钢板503悬置与钢筒501内部，与基盘模型8不接触，以排除滑块3运动停止时对基盘模型8的扰动，提高试验精度。

步骤五，完成一组试验后，将基盘模型8提起，重复上述步骤三和步骤四，即可进行下一次试验。

尽管上面对本发明进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，还可以做出很多形式，均属于本发明的保护之内。