本发明涉及一种海底凹坑深度发育测量装置及使用方法。
背景技术：
海底凹坑是海洋常见的地质灾害之一，常见于一般的海底或石油平台桩基与海床接触面位置。一般海底凹坑的形成原因大致有三种，一是强波浪作用的正压力和负压力导致海床土体发生圆弧剪切破坏，部分土体不断被带出原来位置，进而在海床表面形成了凹坑；二是海床液化，发生喷砂冒水，喷出的砂被带走，进而在海床上形成凹坑；三是某些局部海床土体强度较低的位置，发生侵蚀，在海床表面形成凹坑。石油平台桩基与海床表面的接触位置，由于水流涡流发生侵蚀，形成凹坑，据调查，凹坑最大深度达到2.0m，凹坑形成后降低了石油平台桩基的承载力，对工程安全不利。凹坑自形成后，深度和水平尺度越来越大，由于凹坑一般是在极端海况下形成的，传统的测量手段难以施展；如果想了解凹坑发育的深度与时间的变化关系，频繁到现场测量，工作量较大。
技术实现要素：
本发明提供了一种海底凹坑深度发育测量装置及使用方法，其克服了背景技术所存在的不足。本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：
一种海底凹坑深度发育测量装置，其特征在于：它包括套管、伸缩件、第一复位弹性件、正负电极片、控制器、信号发射器、信号接收器、测量器、配重件；正负电极片间隔布置在套管内且与测量器连接，控制器与测量器和信号发射器相连接，信号发射器与信号接收器连接；伸缩件滑动装接在套管且能传动配重件；第一复位弹性件两端分别连接伸缩件和负极电极片；配重件滑动套接在套管外且置于海床上；配重件向下滑动时带动伸缩件向套管内滑动以使正负电极片相接触；
测量器测量正负电极片之间的电阻值并将该电阻信号传送至控制器，控制器将电阻信号与设定电阻进行比较、判断并控制信号发射器是否发射信号至信号接收器。
一较佳实施例之中，电阻信号小于设定电阻值时，控制器控制信号发射器发射信号至信号接收器；电阻信号大于设定电阻值时，控制器控制信号发射器不发射信号至信号接收器。
一较佳实施例之中，伸缩件包括滑动部和固接滑动部的传动部，套管之侧壁开设有中空的滑动腔，滑动部滑动装接在滑动腔，传动部伸出滑动腔且与配置件传动配合，第一复位弹性件位于滑动腔内且其一端连接滑动部。
一较佳实施例之中，所述滑动腔为中空的圆柱体，滑动部为圆柱体，传动部为三角形体，该三角形体之斜边对应配重件。
一较佳实施例之中，所述正负电极片之长度与套管之长度相同，且正负电极片首尾端部之间设置有第二复位弹性件。
一较佳实施例之中，负电极片靠近首尾端部处设有折弯部，伸缩件位于两个折弯部之间。
一较佳实施例之中，还包括能漂浮在海面的浮漂，浮漂内设置有能密封的容置腔，测量器、控制器、信号发射器均装接在容置腔内，测量器与正负电极片之间通过电线连接。
一较佳实施例之中，滑动腔个数设为多个且上下间隔布置，伸缩件个数设为多个且与滑动腔一一对应，第一复位弹性件个数设为多个且与伸缩件一一对应。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：一种如上述任意一项所述的海底凹坑深度发育测量装置的使用方法，它包括：
步骤10，将伸缩件、第一复位弹性件装接在套管，且相邻伸缩件之间的距离为l，正负电极片装接在套管内且通过电线与测量器相连接，并保证套管内为密封状态，再将测量器、控制器、信号发射器及电源装在浮漂内；
步骤20，在海床面向下打出容置孔，将套管放进容置孔内，位于最上方的伸缩件与海床面的距离为l，配重件套接在套管外并置于海床面上，再将浮漂置于海面并靠近套管；
步骤30，当凹坑不发育时海床面保持不变，配重件保持不动，测量器所测正负电极片之间电阻高于设定电阻值，控制器控制信号发射器不发送电阻信号；
步骤40，当凹坑发育时，海床面下陷距离为l，配重件向下移动带动最上方的伸缩件向套管内收缩以使负电极片与正电极片相接触，测量器所测正负电极片之间的电阻低于设定电阻值，控制器控制信号发射器发送信号至信号接收器，信号接收器报警；配重件滑动至该伸缩件下方时第一复位弹性件带动该伸缩件复位。
一较佳实施例之中，步骤50，凹坑继续发育，海床面继续下陷距离为l，配重件继续向下移动并带动第二个伸缩件收缩以使负电极片与正电极片相接触，重复步骤40，并获得时间t与凹坑发育深度l之间的关系。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、该装置工作原理为：
当凹坑发育时，海床面下陷，配重件也跟着下滑，当配重件滑动至伸缩件处时，带动伸缩件向套管内收缩，负电极片在伸缩件的带动下向正电极片移动直至与正电极片相接触，此时，测量器测得二者之间的电阻很小，小于设定电阻值时，控制器控制信号发射器发送信号至信号接收器，信号接收器报警；凹坑继续发育时，重复上述步骤，可以获得海底凹坑发育深度与时间关系曲线。该种装置结构简单、方便实施且精度较高，尤其适合在极端海况下完成测量，极大缩小工作量。
2、正负电极片首尾端部之间设置有第二复位弹性件，进一步对负电极片进行复位，用于防止负电极片复位不及时产生错误信号。
3、负电极片靠近首尾端部处设有折弯部，方便正负电极片之间的接触。
4、测量器、控制器、信号发射器均装接在浮漂之容置腔内，浮漂漂浮在海面上，测试人员可在远处观察浮漂之动向以初步判断凹坑的发育情况。
附图说明
图1为一种海底凹坑深度发育测量装置的整体结构示意图。
图2为伸缩件的侧视示意图。
图3为伸缩件的右视示意图。
图4为伸缩件的俯视示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
参照图1至图4，一种海底凹坑深度发育测量装置，它包括套管10、伸缩件12、第一复位弹性件13、正负电极片8、81、控制器3、信号发射器5、信号接收器1、测量器4、电源6、配重件11。
套管10之侧壁开设有中空的滑动腔111。本实施例中，套管10之侧壁开设有多个上下间隔布置的开槽，该装置还包括多个与开槽一一对应的限位管9，滑动腔111开设在限位管9内，限位管9一端固接在开槽处另一端朝向负电极片81。相邻限位管9之间的距离设为l。本实施例中，套管10采用直径为20厘米的pvc管，限位管9采用塑料材质，其厚度为3毫米、直径为10厘米，二者通过胶黏粘接在一起。滑动腔111之横截面为圆形。本实施例中，套管10与限位管9之连接处还设有限位块(图中未示出)，限位块开设有矩形槽。
正负电极片8、81间隔布置在套管10内且通过电线7与测量器4连接。所述正负电极片8、81之长度与套管10之长度相同，正电极片8通过胶黏粘接在套管10内，负电极片81之底端靠接在套管底端面。正负电极片8、81首尾端部之间设置有第二复位弹性件30，进一步对负电极片进行复位，用于防止负电极片复位不及时产生错误信号。
本实施例中，负电极片81靠近首尾端部处设有折弯部82，该折弯部82之上端向右倾斜，下端向左倾斜，使得负电极片81之上端部及下端部相对远离正电极片81，中间部分靠近正电极片8，使得伸缩件带动第一复位弹性件13向内移动而带动负电极片81移动时负电极片81能与正电极片8较快、较好接触。
本实施例中，正负电极片8、81采用厚度为1毫米、宽度为5毫米的铜片制成。
配重件11滑动套接在套管10外且置于海床上；配重件11向下滑动时带动伸缩件12向套管10内滑动以使正负电极片8、81相接触；本实施例中，该配重件为不锈钢材质，且为圆盘形状，中间开设有通孔与套管10相套接。
伸缩件12滑动装接在套管10且能传动配重件11；本实施例中，伸缩件12包括滑动部121和固接滑动部121的传动部122。
本实施例中，滑动部121滑动装接在滑动腔111且在限位块的作用下无法滑出滑动腔111，保证了伸缩件12的稳定性；传动部122伸出滑动腔111且与配重件11传动配合，且传动部122通过矩形槽进出滑动腔111。本实施例中，所述滑动部121为圆柱体，传动部122为三角形体，该三角形体之斜边123对应配重件11。本实施例中，伸缩件12位于两个折弯部82之间。
本实施例中，伸缩件12个数设为多个且与滑动腔111一一对应。
第一复位弹性件13两端分别连接伸缩件12和负极电极片81；本实施例中，第一复位弹性13件位于滑动腔111内且其一端连接滑动部121。本实施例中，第一复位弹性件13个数设为多个且与伸缩件12一一对应。
本实施例中，该装置还包括能漂浮在海面的浮漂2，浮漂2内设置有能密封的容置腔，测量器、控制器、信号发射器均装接在容置腔内。
电源6为控制器3、测量器4、信号发射器5提供电能，控制器3与测量器4和信号发射器5相连接，信号发射器5与信号接收器1连接；测量器4测量正负电极片8、81之间的电阻值并将该电阻信号传送至控制器3，控制器3将电阻信号与设定电阻进行比较、判断并控制信号发射器5是否发射信号至信号接收器1。
电阻信号小于设定电阻值时，控制器3控制信号发射器5发射信号至信号接收器1；电阻信号大于设定电阻值时，控制器3控制信号发射器5不发射信号至信号接收器1。
该海底凹坑深度发育测量装置的使用方法，包括：
步骤10，将伸缩件12、第一复位弹性件13装接在套管10之限位管9，且相邻伸缩件12之间的距离为l，正负电极片8、81装接在套管10内且通过电线7与测量器4相连接，并保证套管10内为密封状态，再将测量器4、控制器3、信号发射器5及电源6装在浮漂2内；
步骤20，在海床面向下打出容置孔，将套管10放进容置孔内，位于最上方的伸缩件12与海床面的距离为l，配重件11套接在套管10外并置于海床面上，再将浮漂2置于海面并靠近套管10；
步骤30，当凹坑不发育时海床面保持不变，配重件11保持不动，测量器4所测正负电极片8、81之间电阻高于设定电阻值，控制器3控制信号发射器5不发送电阻信号；
步骤40，当凹坑发育时，海床面下陷距离为l，配重件11向下移动带动最上方的伸缩件12向套管10内收缩以使负电极片81与正电极片8相接触，测量器4所测正负电极片之间的电阻低于设定电阻值，控制器3控制信号发射器5发送信号至信号接收器1，信号接收器1报警；配重件11滑动至该伸缩件12下方时第一复位弹性件13带动该伸缩件12复位。
步骤50，凹坑继续发育，海床面继续下陷距离为l，配重件11继续向下移动并带动第二个伸缩件12收缩以使负电极片81与正电极片8相接触，重复步骤40，并获得时间t与凹坑发育深度l之间的关系。
本实施例中，l取值为20厘米，容置孔直径为30厘米，深度不小于2.5米。l取值可根据实际需要进行设置，不以此为限。
当凹坑发育时，海床面下陷，配重件也跟着下滑，当配重件滑动至伸缩件处时，带动伸缩件向套管内收缩，负电极片在伸缩件的带动下向正电极片移动直至与正电极片相接触，此时，测量器测得二者之间的电阻很小，小于设定电阻值时，控制器控制信号发射器发送信号至信号接收器，信号接收器报警；凹坑继续发育时，重复上述步骤，可以获得海底凹坑发育深度与时间关系曲线。该种装置结构简单、方便实施且精度较高，尤其适合在极端海况下完成测量，极大缩小工作量。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。