[发明专利]模拟海底管系结构与海床土体轴向相互作用的方法及装置

权利要求书

1.一种模拟海底管系结构与海床土体轴向相互作用的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）选一模型管道，根据需要给模型管道配重，然后在模型管道内安装测量其轴向滑动阻力的拉力传感器，并在模型管道表面固定所需粗糙度的防水砂纸；（2）选一水槽，然后在水槽内制造出所需坡度的模拟海床；（3）给模型管道安装导向约束装置，使模型管道只能在模型管道轴向及垂直模拟海床床面方向平动，同时在导向约束装置上安装测量模型管道沿其轴向及垂直模拟海床床面方向位移的位移测量装置，然后将模型管道置于水槽内的模拟海床上；（4）沿模型管道轴向对模型管道加载，使模型管道轴向滑动，同时，用数据同步采集系统同步采集模型管道的轴向位移值、模型管道在垂直模拟海床床面方向上的位移值和模型管道轴向滑动阻力值。

2.一种模拟海底管系结构与海床土体轴向相互作用的装置，其特征在于：包括水槽、模拟海床、模型管道、导向约束装置、管道轴向加载装置、管道轴向位移测量装置、管道沉降测量装置、管道轴向滑动阻力测量装置和数据同步采集系统，所述模拟海床位于水槽内，所述模型管道置于模拟海床上，所述导向约束装置用于将模型管道的运动约束在模型管道轴向及垂直模拟海床床面方向，所述管道轴向加载装置用于对模型管道轴向牵引，管道轴向位移测量装置、管道沉降测量装置和管道轴向滑动阻力测量装置均与数据同步采集系统连接，数据同步采集系统用于同步采集模型管道的轴向位移值、模型管道在垂直模拟海床床面方向上的位移值和模型管道轴向滑动阻力值。

3.根据权利要求2所述的模拟海底管系结构与海床土体轴向相互作用的装置，其特征在于：所述模型管道由彼此分离的牵引管头和管道测试段活动拼接而成，所述管道轴向滑动阻力测量装置为拉力传感器，所述拉力传感器置于模型管道内，且位于牵引管头和管道测试段之间，拉力传感器的两端分别与牵引管头和管道测试段连接。

4.根据权利要求2所述的模拟海底管系结构与海床土体轴向相互作用的装置，其特征在于：所述导向约束装置包括安装平台，水平导轨、水平滑块、竖直导轨、竖直滑块和固定连接件，所述安装平台固定设置且其倾角可调，所述水平导轨固定在安装平台上，所述水平滑块滑动地设置在水平导轨上，所述竖直导轨固定在水平滑块上，所述竖直滑块滑动地设置在竖直导轨上，且竖直滑块通过固定连接件与模型管道固定连接。

5.根据权利要求2所述的模拟海底管系结构与海床土体轴向相互作用的装置，其特征在于：所述管道轴向加载装置包括钢索、定滑轮组和可调速步进电机，所述钢索绕过定滑轮组，钢索的一端与可调速步进电机的动力输出部分连接，钢索的另一端与模型管道的牵引管头连接。

6.根据权利要求2所述的模拟海底管系结构与海床土体轴向相互作用的装置，其特征在于：所述管道轴向位移测量装置包括第一激光位移传感器和第一反射板，所述第一激光位移传感器固定在安装平台上，所述第一反射板固定在水平滑块上，第一激光位移传感器和第一反射板正对。

7.根据权利要求2所述的模拟海底管系结构与海床土体轴向相互作用的装置，其特征在于：所述管道沉降测量装置包括第二激光位移传感器和第二反射板，所述第二激光位移传感器固定在竖直导轨上，第二反射板固定在竖直滑块上，第二激光位移传感器和第二反射板正对。

8.根据权利要求3所述的模拟海底管系结构与海床土体轴向相互作用的装置，其特征在于：所述管道测试段的中心设置有管轴，所述管轴为不锈钢螺杆，所述管轴上旋合有盘形配重。

9.根据权利要求2所述的模拟海底管系结构与海床土体轴向相互作用的装置，其特征在于：所述模型管道由有机玻璃制成。

10.根据权利要求2所述的模拟海底管系结构与海床土体轴向相互作用的装置，其特征在于：所述模型管道的表面固定有砂纸。