專利名稱：斜坡海床上管道在位穩(wěn)定性的機(jī)械加載模擬裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及近海工程、海洋土力學(xué)、海底管道工程等，特別是關(guān)于一種斜坡海床上 管道在位穩(wěn)定性的機(jī)械加載模擬裝置及方法。
背景技術(shù)：
海底管道是海洋石油開(kāi)發(fā)過(guò)程中輸送油氣的有效工具。在海流載荷下，斜坡海床 上與斜坡海床傾斜方向垂直，水平鋪設(shè)的管道將受到平行于海床的拖曳力和垂直于海床的 升力的水動(dòng)力作用；同時(shí)，管道還受到其下方土體提供的垂直于海床的支持力和在位阻力， 以及自身重力的作用，當(dāng)土體在位阻力不足以平衡海流引起的拖曳力時(shí)，管道將產(chǎn)生大的 水平位移而失穩(wěn)。在斜坡海床上與斜坡海床傾斜方向平行鋪設(shè)的管道，由于自身重力的作 用，存在向下滑動(dòng)的趨勢(shì)，管道受到自重、下方土體支持力和管_ 土摩擦力作用，當(dāng)管-土摩 擦力不足以平衡管道自重時(shí)，需要在管道上施加一額外拉力，當(dāng)這個(gè)拉力達(dá)到一定程度時(shí)， 可能會(huì)造成管道損壞。由此可見(jiàn)，直接鋪設(shè)于海床上的海底管道，在海洋環(huán)境載荷下的在位 穩(wěn)定性，關(guān)系到管道系統(tǒng)能否正常運(yùn)營(yíng)，因此，鋪設(shè)管道之前模擬管道在海底的受力狀況及 驗(yàn)證其在位穩(wěn)定性尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種斜坡海床上管道在位穩(wěn)定性的機(jī)械加載 模擬裝置及方法，該裝置及方法可模擬海流載荷下，斜坡海床上管道的受力狀況及驗(yàn)證管 道的在位穩(wěn)定性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種斜坡海床上管道在位穩(wěn)定性的 機(jī)械加載模擬裝置，其特征在于它包括一透明土槽，所述土槽內(nèi)設(shè)置有一上表面傾斜的土 體，所述土體上表面鋪設(shè)有一模型管道；所述模型管道上設(shè)置有一用于施加拉力的機(jī)械加 載裝置；所述機(jī)械加載裝置上設(shè)置有拉力傳感器、與土體上表面垂直的垂向激光位移傳感 器、與土體上表面平行的平行激光位移傳感器。所述模型管道與所述土體的傾斜方向垂直，水平鋪設(shè)在所述土體上表面，所述機(jī) 械加載裝置包括分別設(shè)置在所述土槽兩相對(duì)側(cè)壁上的豎向支撐結(jié)構(gòu)，兩所述支撐結(jié)構(gòu)上設(shè) 置有一位于所述模型管道上方、且與所述土體上表面平行的斜梁；所述斜梁底面設(shè)置有滑 動(dòng)軌道，所述滑動(dòng)軌道上設(shè)置有一滑塊；所述平行激光位移傳感器設(shè)置在所述土體高起端 的所述支撐結(jié)構(gòu)上，所述垂向激光位移傳感器設(shè)置在所述斜梁的底面；所述滑塊豎向設(shè)置 有兩連接所述模型管道兩軸端的拉索，每一拉索上設(shè)置有一所述拉力傳感器，所述滑塊沿 所述斜梁方向設(shè)置另一拉索，該拉索通過(guò)依次設(shè)置在所述支撐結(jié)構(gòu)上的兩個(gè)定滑輪，連接 一設(shè)置在所述土槽外部的電機(jī)。所述兩定滑輪分別設(shè)置在所述土體高起端的所述支撐結(jié)構(gòu)上。所述兩定滑輪分別設(shè)置在所述土體低端的所述支撐結(jié)構(gòu)上。所述滑塊移動(dòng)方向后端的滑動(dòng)軌道上設(shè)置有一防滾裝置，所述防滾裝置的另一端
4分別連接所述模型管道兩端面。所述模型管道與所述土體的傾斜方向一致，鋪設(shè)在所述土體上表面，所述機(jī)械加 載裝置包括一設(shè)置在所述土槽頂部的橫梁，設(shè)置在所述土槽側(cè)壁上的支撐結(jié)構(gòu)，所述平行 激光位移傳感器設(shè)置在所述土體高起端的所述支撐結(jié)構(gòu)上，所述垂向激光位移傳感器設(shè)置 在所述橫梁的底面；所述模型管道端部設(shè)置有一拉索，所述拉索通過(guò)設(shè)置在所述支撐結(jié)構(gòu) 上的定滑輪連接設(shè)置在所述土槽外部的電機(jī)；所述模型管道與所述定滑輪之間的拉索上設(shè) 置有所述拉力傳感器。所述拉索設(shè)置在所述模型管道的上端部，所述定滑輪設(shè)置在所述土體高起端的所 述支撐結(jié)構(gòu)上。所述拉索設(shè)置在所述模型管道的下端部，所述定滑輪設(shè)置在所述土體低端的所述 支撐結(jié)構(gòu)上。一種上述裝置的斜坡海床上管道在位穩(wěn)定性的機(jī)械加載模擬方法，其包括以下步 驟1)采用砂雨法在土槽內(nèi)制備給定傾斜角度的土體；2)與土體的傾斜方向垂直，在土體 上表面水平安放模型管道，通過(guò)垂向激光位移傳感器測(cè)量模型管道在土體上表面的初始沉 降量；3)啟動(dòng)電機(jī)，通過(guò)滑塊上設(shè)置的拉索，對(duì)模型管道施加沿土體上表面向上或向下的 機(jī)械斜拉力；4)通過(guò)拉力傳感器測(cè)量施加在模型管道上的拉力；通過(guò)平行激光位移傳感器 測(cè)量模型管道沿土體上表面僅發(fā)生平動(dòng)情況下的水平位移，或者測(cè)量模型管道沿土體上表 面既發(fā)生平動(dòng)又發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)情況下的水平位移；通過(guò)垂向激光位移傳感器測(cè)量模型管道在土 體上表面的垂向位移；5)通過(guò)增減配重塊，改變模型管道的重量，返回步驟2)進(jìn)行不同重 量模型管道的模擬分析。一種上述裝置的斜坡海床上管道在位穩(wěn)定性的機(jī)械加載模擬方法，其包括以下步 驟1)采用砂雨法在土槽內(nèi)制備給定傾斜角度的土體；2)與所述土體的傾斜方向一致，在 土體上表面安放模型管道，通過(guò)垂向激光位移傳感器測(cè)量模型管道在土體上表面的初始沉 降量；3)啟動(dòng)電機(jī)，通過(guò)模型管道上設(shè)置的拉索，對(duì)模型管道施加沿土體上表面向上或向 下的機(jī)械斜拉力；4)通過(guò)拉力傳感器測(cè)量施加在模型管道上的拉力；通過(guò)平行激光位移傳 感器測(cè)量模型管道沿土體上表面的水平位移；通過(guò)垂向激光位移傳感器測(cè)量模型管道在土 體上表面的垂向位移；5)通過(guò)增減配重塊，改變模型管道的重量，返回步驟2)進(jìn)行不同重 量模型管道的模擬分析。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明由于在土槽內(nèi)進(jìn)行模 擬試驗(yàn)，而土槽四周側(cè)壁采用透明的鋼化玻璃制成，因此，可以便于測(cè)量過(guò)程中，觀察土槽 內(nèi)模型管道的狀況。2、本發(fā)明由于在與土體上表面的傾斜方向垂直，水平鋪設(shè)模型管道時(shí)， 可以在斜梁底面設(shè)置用于測(cè)量垂向位移的垂向激光位移傳感器，在模型管道和滑塊之間設(shè) 置拉力傳感器，在支撐結(jié)構(gòu)上設(shè)置用于測(cè)量沿斜坡方向位移的平行激光位移傳感器，因此， 可以通過(guò)上述設(shè)備的測(cè)量數(shù)據(jù)，分析出海底管道的穩(wěn)定性情況。3、本發(fā)明在與土體上表面 的傾斜方向垂直，水平鋪設(shè)模型管道時(shí)，可以在模型管道兩側(cè)設(shè)置防滾裝置，以模擬模型管 道在失穩(wěn)時(shí)僅發(fā)生平動(dòng)，而不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的情況；也可以不設(shè)置防滾裝置，以模擬模型管道在 失穩(wěn)時(shí)，發(fā)生自由轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)的情況。4、本發(fā)明由于在與土體上表面的傾斜方向一致，鋪設(shè) 模型管道時(shí)，在橫梁底面設(shè)置用于測(cè)量垂向位移的垂向激光位移傳感器，在拉動(dòng)模型管道 的拉索上設(shè)置拉力傳感器，在支撐結(jié)構(gòu)上設(shè)置用于測(cè)量沿斜坡方向位移的水平激光位移傳感器，因此，可以通過(guò)上述設(shè)備的測(cè)量數(shù)據(jù)，分析出海底管道的抗滑動(dòng)阻力及穩(wěn)定性情況。 5、本發(fā)明可以通過(guò)設(shè)置在土槽外部的電機(jī)，對(duì)模型管道施加向上或向下的拉力，因此，可用 于模擬沿斜坡海床向上流動(dòng)的海流對(duì)管道的水平拖曳力和垂向升力。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧 妙，操作方便，易于實(shí)現(xiàn)，可廣泛用于斜坡海床上管道在位穩(wěn)定性的模擬測(cè)量過(guò)程中。


圖1是本發(fā)明裝置操作方案一結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明裝置操作方案二結(jié)構(gòu)示意3是本發(fā)明裝置操作方案三結(jié)構(gòu)示意4是本發(fā)明裝置操作方案四結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1 4所示，本發(fā)明的裝置包括一土槽1，土槽1的四周側(cè)壁為透明的鋼化玻 璃。土槽1內(nèi)預(yù)置有一上表面具有一定傾斜角度的土體2，用于模擬斜坡海床。土體2上表 面鋪設(shè)有一模型管道3 ；模型管道3上設(shè)置有一用于施加拉力的機(jī)械加載裝置；機(jī)械加載裝 置上設(shè)置有拉力傳感器4、與土體2上表面垂直的垂向激光位移傳感器5、與土體2上表面 平行的平行激光位移傳感器6。如圖1、圖2所示，當(dāng)模型管道3與土體2上表面的傾斜方向垂直，水平鋪設(shè)在土 體2上表面時(shí)，機(jī)械加載裝置包括分別設(shè)置在土槽1兩相對(duì)側(cè)壁上的豎向支撐結(jié)構(gòu)7，兩支 撐結(jié)構(gòu)7上設(shè)置有一位于模型管道3上方、且與土體2上表面平行的斜梁8 ；斜梁8底面設(shè) 置有滑動(dòng)軌道，滑動(dòng)軌道上設(shè)置有一滑塊9?；瑝K9豎向設(shè)置有兩連接模型管道3兩軸端的 拉索10，拉力傳感器4設(shè)置在模型管道3與滑塊9之間的每一拉索10上。滑塊9沿斜梁8 方向設(shè)置另一拉索11，拉索11通過(guò)依次設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)7上的兩個(gè)定滑輪12，連接一設(shè)置 在土槽1外部的電機(jī)13。垂向激光位移傳感器5設(shè)置在斜梁8的底面，平行激光位移傳感 器6設(shè)置在土體2高起端的支撐結(jié)構(gòu)7上。上述實(shí)施例中，模型管道3可以沿土體2上表面發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)，為了防止模型管 道3轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊9移動(dòng)方向后端的滑動(dòng)軌道上可以設(shè)置有一防滾裝置14，防滾裝置14的另 一端分別連接模型管道3兩端面。上述實(shí)施例中，如圖1所示，兩定滑輪12可以分別設(shè)置在土體2高起端一側(cè)的支 撐結(jié)構(gòu)7上，通過(guò)拉索11對(duì)模型管道3施加沿土體2上表面向上的斜拉力。上述實(shí)施例中，如圖2所示，兩定滑輪12可以分別設(shè)置在土體2低端一側(cè)的支撐 結(jié)構(gòu)7上，通過(guò)拉索11對(duì)模型管道3施加沿土體2上表面向下的斜拉力。如圖3、圖4所示，當(dāng)模型管道3與土體2上表面的傾斜方向一致，鋪設(shè)在土體2上 表面時(shí)，機(jī)械加載裝置包括一設(shè)置在土槽1頂部的橫梁15，設(shè)置在土槽1側(cè)壁上的支撐結(jié)構(gòu) 7，平行激光位移傳感器6設(shè)置在土體2高起端的支撐結(jié)構(gòu)7上，垂向激光位移傳感器5設(shè) 置在橫梁15的底面；模型管道3端部設(shè)置有一拉索16，拉索16通過(guò)設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)7上 的定滑輪12連接設(shè)置在土槽1外部的電機(jī)13 ；拉力傳感器4設(shè)置在模型管道3與定滑輪 12之間的拉索16上。
上述實(shí)施例中，如圖3所示，僅土體2高起端一側(cè)設(shè)置有一支撐結(jié)構(gòu)7，拉索16設(shè) 置在模型管道3的上端部，定滑輪12設(shè)置在該支撐結(jié)構(gòu)7上。上述實(shí)施例中，如圖4所示，土體2高起端和低端分別設(shè)置有一支撐結(jié)構(gòu)7，拉索 16設(shè)置在模型管道3的下端部，定滑輪12設(shè)置在土體2低端一側(cè)的支撐結(jié)構(gòu)7上。上述實(shí)施例中，土槽1外部還可以設(shè)置有一粒子圖像測(cè)速儀，通過(guò)粒子圖像測(cè)速 儀可以測(cè)試模型管道3下方，土顆粒的位移、速度以及其他數(shù)據(jù)。上述實(shí)施例中，電機(jī)13可以是步進(jìn)電機(jī)，也可以是伺服電機(jī)。本發(fā)明裝置主要包括以下四種操作方案。操作方例一，如圖1所示，其包括以下步驟1)采用砂雨法制備土體2，使土體2上表面達(dá)到給定的傾斜角度，以模擬斜坡海 床。2)與土體2上表面的傾斜方向垂直，在土體2上表面水平鋪設(shè)模型管道3，當(dāng)模型 管道3與土體2上表面剛剛接觸時(shí)，釋放模型管道3使其在土體2上表面產(chǎn)生初始沉降，同 時(shí)啟動(dòng)斜梁8底部的垂向激光位移傳感器5，通過(guò)垂向激光位移傳感器5，測(cè)量模型管道3 在土體2上表面的初始沉降量，即模型管道3的垂向位移。3)在模型管道3兩端分別設(shè)置防滾裝置14，以模擬模型管道3在失穩(wěn)時(shí)，沿土體 2上表面僅發(fā)生平動(dòng)，而不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的情況；或者不設(shè)置防滾裝置14，直接施加拉力在模型 管道3兩軸端中心上，可以模擬模型管道3在失穩(wěn)時(shí)，沿土體2上表面發(fā)生自由轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng) 的情況。4)開(kāi)啟電機(jī)13 (位移控制給定電機(jī)13轉(zhuǎn)速)，通過(guò)滑塊9斜上方設(shè)置的拉索11 拉動(dòng)模型管道3，對(duì)模型管道3施加機(jī)械斜拉力，以模擬沿斜坡海床向上流動(dòng)的海流對(duì)管道 的水平拖曳力和垂向升力，拉力的傾角可調(diào)，以模擬海流對(duì)管道施加的水平拖曳力和垂直 升力的不同比值。5)通過(guò)設(shè)置在模型管道3與滑塊9之間拉索10上的拉力傳感器4，測(cè)量施加在模 型管道3上的拉力；通過(guò)設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)7上的平行激光位移傳感器6，測(cè)量模型管道3在 位失穩(wěn)過(guò)程中，平行于土體2上表面傾斜方向的位移；通過(guò)設(shè)置在斜梁8底部的垂向激光位 移傳感器5，測(cè)量模型管道3在位失穩(wěn)過(guò)程中，在土體2上表面的附加沉降量，即垂向位移。6)通過(guò)增減配重塊，改變單位長(zhǎng)度的模型管道3的水下重量，返回步驟2)進(jìn)行不 同模型管道3重量的模擬分析。7)通過(guò)上述步驟中測(cè)量的所有數(shù)據(jù)即可分析出不同海底管道的穩(wěn)定性情況。操作方例二與操作方例一的不同之處在于如圖2所示，步驟4)中，開(kāi)啟電機(jī)13， 通過(guò)滑塊9斜下方設(shè)置的拉索11拉動(dòng)模型管道3，對(duì)模型管道3施加機(jī)械斜拉力，以模擬沿 斜坡海床向下流動(dòng)的海流對(duì)管道的水平拖曳力和垂向升力，拉力的傾角可調(diào)，以模擬海流 對(duì)管道施加的水平拖曳力和垂直升力的不同比值。在上述操作方例一和操作方例二中，由于用于測(cè)量模型管道3平行位移和垂向位 移的平行激光位移傳感器6和垂向激光位移傳感器5，位于水面上，因此，可以在模型管道 3兩端的防滾裝置14上設(shè)置高于水面的附屬參考物，通過(guò)測(cè)量附屬參考物沿著土體上表面 方向的位移和垂直于土體上表面的位移，進(jìn)而得到水面以下模型管道3的平行位移和垂向 位移。
上述操作方例一和操作方例二中的步驟5)中，還可以通過(guò)設(shè)置在土槽1外部的粒 子圖像測(cè)速儀，透過(guò)透明邊壁測(cè)量模型管道3在位失穩(wěn)過(guò)程中，在下方土體2上的位移場(chǎng)。操作方例三如圖3所示，其包括以下步驟1)采用砂雨法制備土體2，使土體2上表面達(dá)到給定的傾斜角度，以模擬斜坡海 床。2)與土體2上表面的傾斜方向一致，在土體2上表面鋪設(shè)模型管道3，當(dāng)模型管道 3與土體2上表面剛剛接觸時(shí)，釋放模型管道3使其在土體2上表面產(chǎn)生初始沉降，同時(shí)啟 動(dòng)橫梁15底部的垂向激光位移傳感器5，通過(guò)垂向激光位移傳感器5測(cè)量模型管道3在土 體2上表面的初始沉降量，即模型管道3的垂向位移。3)開(kāi)啟電機(jī)13，沿著模型管道3軸線，通過(guò)其斜上方設(shè)置的拉索16拉動(dòng)模型管道 3，對(duì)模型管道3施加機(jī)械斜拉力，使得模型管道3向上產(chǎn)生滑動(dòng)。4)通過(guò)拉索16上設(shè)置的拉力傳感器4，測(cè)量施加的拉力；通過(guò)設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)7 上的平行激光位移傳感器6，測(cè)量模型管道3在位失穩(wěn)過(guò)程中，平行于海床方向的位移；通 過(guò)設(shè)置在橫梁15底部的垂向激光位移傳感器5，測(cè)量模型管道3在位失穩(wěn)過(guò)程中，在土體上 表面的附加沉降量，即垂向位移。5)通過(guò)增減配重塊，改變模型管道3的重量；通過(guò)在模型管道3表面粘貼不同目 數(shù)的砂紙，來(lái)改變模型管道3表面的粗糙度，返回步驟2)，測(cè)量不同模型管道3重量、土體特 性(例如土體相對(duì)密度等)及模型管道3表面粗糙度等條件下，土體2對(duì)模型管道3向下 的抗滑動(dòng)阻力。6)通過(guò)上述步驟中測(cè)量的所有數(shù)據(jù)即可分析出不同海底管道的穩(wěn)定性情況。操作方例四與操作方例三的不同之處在于如圖4所示，步驟3)中，開(kāi)啟電機(jī)13， 沿著模型管道3軸線，通過(guò)其斜下方設(shè)置的拉索16拉動(dòng)模型管道3，對(duì)模型管道3施加機(jī)械 斜拉力，使得模型管道3向下產(chǎn)生滑動(dòng)。用于模擬模型管道3與土體2上表面的傾斜方向 一致鋪設(shè)在土體2上，載荷沿土體2上表面向下作用在模型管道3上的情況。上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所 變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之外。
8
權(quán)利要求
一種斜坡海床上管道在位穩(wěn)定性的機(jī)械加載模擬裝置，其特征在于它包括一透明土槽，所述土槽內(nèi)設(shè)置有一上表面傾斜的土體，所述土體上表面鋪設(shè)有一模型管道；所述模型管道上設(shè)置有一用于施加拉力的機(jī)械加載裝置；所述機(jī)械加載裝置上設(shè)置有拉力傳感器、與土體上表面垂直的垂向激光位移傳感器、與土體上表面平行的平行激光位移傳感器。
2.如權(quán)利要求1所述的斜坡海床上管道在位穩(wěn)定性的機(jī)械加載模擬裝置，其特征在于所述模型管道與所述土體的傾斜方向垂直，水平鋪設(shè)在所述土體上表面，所述機(jī)械加 載裝置包括分別設(shè)置在所述土槽兩相對(duì)側(cè)壁上的豎向支撐結(jié)構(gòu)，兩所述支撐結(jié)構(gòu)上設(shè)置有 一位于所述模型管道上方、且與所述土體上表面平行的斜梁；所述斜梁底面設(shè)置有滑動(dòng)軌 道，所述滑動(dòng)軌道上設(shè)置有一滑塊；所述平行激光位移傳感器設(shè)置在所述土體高起端的所述支撐結(jié)構(gòu)上，所述垂向激光位 移傳感器設(shè)置在所述斜梁的底面；所述滑塊豎向設(shè)置有兩連接所述模型管道兩軸端的拉索，每一拉索上設(shè)置有一所述拉 力傳感器，所述滑塊沿所述斜梁方向設(shè)置另一拉索，該拉索通過(guò)依次設(shè)置在所述支撐結(jié)構(gòu) 上的兩個(gè)定滑輪，連接一設(shè)置在所述土槽外部的電機(jī)。
3.如權(quán)利要求2所述的斜坡海床上管道在位穩(wěn)定性的機(jī)械加載模擬裝置，其特征在 于所述兩定滑輪分別設(shè)置在所述土體高起端一側(cè)的所述支撐結(jié)構(gòu)上。
4.如權(quán)利要求2所述的斜坡海床上管道在位穩(wěn)定性的機(jī)械加載模擬裝置，其特征在 于所述兩定滑輪分別設(shè)置在所述土體低端一側(cè)的所述支撐結(jié)構(gòu)上。
5.如權(quán)利要求2或3或4所述的斜坡海床上管道在位穩(wěn)定性的機(jī)械加載模擬裝置，其 特征在于所述滑塊移動(dòng)方向后端的滑動(dòng)軌道上設(shè)置有一防滾裝置，所述防滾裝置的另一 端分別連接所述模型管道兩端面。
6.如權(quán)利要求1所述的斜坡海床上管道在位穩(wěn)定性的機(jī)械加載模擬裝置，其特征在 于所述模型管道與所述土體的傾斜方向一致，鋪設(shè)在所述土體上表面，所述機(jī)械加載裝置 包括一設(shè)置在所述土槽頂部的橫梁，設(shè)置在所述土槽側(cè)壁上的支撐結(jié)構(gòu)，所述平行激光位 移傳感器設(shè)置在所述土體高起端的所述支撐結(jié)構(gòu)上，所述垂向激光位移傳感器設(shè)置在所述 橫梁的底面；所述模型管道端部設(shè)置有一拉索，所述拉索通過(guò)設(shè)置在所述支撐結(jié)構(gòu)上的定 滑輪連接設(shè)置在所述土槽外部的電機(jī)；所述模型管道與所述定滑輪之間的拉索上設(shè)置有所 述拉力傳感器。
7.如權(quán)利要求6所述的斜坡海床上管道在位穩(wěn)定性的機(jī)械加載模擬裝置，其特征在 于所述拉索設(shè)置在所述模型管道的上端部，所述定滑輪設(shè)置在所述土體高起端一側(cè)的所 述支撐結(jié)構(gòu)上。
8.如權(quán)利要求6所述的斜坡海床上管道在位穩(wěn)定性的機(jī)械加載模擬裝置，其特征在 于所述拉索設(shè)置在所述模型管道的下端部，所述定滑輪設(shè)置在所述土體低端一側(cè)的所述 支撐結(jié)構(gòu)上。
9.一種如權(quán)利要求2 5任一項(xiàng)所述裝置的斜坡海床上管道在位穩(wěn)定性的機(jī)械加載模 擬方法，其包括以下步驟1)采用砂雨法在土槽內(nèi)制備給定傾斜角度的土體；2)與土體的傾斜方向垂直，在土體上表面水平安放模型管道，通過(guò)垂向激光位移傳感器測(cè)量模型管道在土體上表面的初始沉降量；3)啟動(dòng)電機(jī)，通過(guò)滑塊上設(shè)置的拉索，對(duì)模型管道施加沿土體上表面向上或向下的機(jī) 械斜拉力；4)通過(guò)拉力傳感器測(cè)量施加在模型管道上的拉力；通過(guò)平行激光位移傳感器測(cè)量模 型管道沿土體上表面僅發(fā)生平動(dòng)情況下的水平位移，或者測(cè)量模型管道沿土體上表面既發(fā) 生平動(dòng)又發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)情況下的水平位移；通過(guò)垂向激光位移傳感器測(cè)量模型管道在土體上表 面的垂向位移；5)通過(guò)增減配重塊，改變模型管道的重量，返回步驟2)進(jìn)行不同重量模型管道的模擬 分析。
10. 一種如權(quán)利要求6 8任一項(xiàng)所述裝置的斜坡海床上管道在位穩(wěn)定性的機(jī)械加載 模擬方法，其包括以下步驟1)采用砂雨法在土槽內(nèi)制備給定傾斜角度的土體；2)與所述土體的傾斜方向一致，在土體上表面安放模型管道，通過(guò)垂向激光位移傳感 器測(cè)量模型管道在土體上表面的初始沉降量；3)啟動(dòng)電機(jī)，通過(guò)模型管道上設(shè)置的拉索，對(duì)模型管道施加沿土體上表面向上或向下 的機(jī)械斜拉力；4)通過(guò)拉力傳感器測(cè)量施加在模型管道上的拉力；通過(guò)平行激光位移傳感器測(cè)量模 型管道沿土體上表面的水平位移；通過(guò)垂向激光位移傳感器測(cè)量模型管道在土體上表面的 垂向位移；5)通過(guò)增減配重塊，改變模型管道的重量，返回步驟2)進(jìn)行不同重量模型管道的模擬 分析。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種斜坡海床上管道在位穩(wěn)定性的機(jī)械加載模擬裝置及方法，其特征在于它包括一透明土槽，所述土槽內(nèi)設(shè)置有一上表面傾斜的土體，所述土體上表面鋪設(shè)有一模型管道；所述模型管道上設(shè)置有一用于施加拉力的機(jī)械加載裝置；所述機(jī)械加載裝置上設(shè)置有拉力傳感器、垂向激光位移傳感器和平行激光位移傳感器。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，發(fā)明方法操作方便，易于實(shí)現(xiàn)，可廣泛用于斜坡海床上管道在位穩(wěn)定性的模擬測(cè)量過(guò)程中。
文檔編號(hào)G01M10/00GK101963542SQ20101028152
公開(kāi)日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者崔金聲, 張恩勇, 曹靜, 沙勇, 賈旭, 韓希霆, 高福平 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋石油總公司;中海石油研究中心;中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所