[发明专利]一种用于测量海底管道振动下土体性质的装置

说明书

本发明公开了一种用于测量海底管道振动下土体性质的装置，该装置包括偏心轮振动器、加速度传感器和数据采集与控制仪；所述偏心轮振动器和加速度传感器均设置在管道上，所述数据采集与控制仪用于控制偏心轮振动器和加速度传感器。本发明能够有效解决如何模拟海底管道振动和测量振动管道周围土体性质测量的技术问题。并通过实验验证，使用本装置能够有效测量振动海底管道周围的土体性质。

技术领域

本发明为一种用于测量海底管道振动作用下土体性质的装置，属于地质勘探技术领域。

背景技术

海底管道是海洋油气资源运输过程中的基础设施，由于海底环境复杂，海底管道的材料和铺设要求很高，投入和风险也非常大，海底管道每公里造价约为30～100万美元。同时由于海底环境复杂多变，海床土体只有提供足够的阻力以平衡环境荷载才能保证海底管道的稳定运行，否则海底管道的安全性将受到影响。

波浪的周期性运动将导致海床土体产生瞬态的附加孔隙水压力，并造成海床土体孔隙水压力累积，极端情况下使管道周围海床土体发生液化。与此同时，在波浪侵蚀下，海底管道会产生悬跨，海流的作用将导致悬跨段管道产生涡激振动，该振动会沿管道向两端传播，进而导致一定距离内的入泥管道也会随之振动。而管道的振动必然影响支撑点土体工程性质，并进一步诱发支撑点的土体液化，从而加剧海床的冲刷程度。这样，波浪与管道振动相互作用，会对海床土体抗剪强度产生重要影响，从而导致管道事故。管道事故又将导致油气泄露，造成大面积海域污染，破坏生态平衡。因此，测量波浪作用下振动管道周围海床的土体性质变化对海底管道稳定性的研究具有重要的科学和实用性意义。但由于目前的试验技术和手段不够先进，且相关研究人员忽视了海底管道在海底波浪和海流作用下会产生振动的问题，而管道振动又会对周围土体性质发生重要的影响。现阶段室内模拟试验对管道周围土体性质的测量都基于管道是静止的条件下，这样测量出来的数据并不能准确反应实际情况下海底管道周围土体的性质。

所以，发明一种用于测量海底管道振动条件下土体性质的装置是非常具有实用意义的，能够更好地服务于海底管道的建设。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于测量海底管道振动下土体性质的装置，以弥补现有技术的不足。

室内水槽试验是研究海底管道与海底土相互作用机理的一个重要的途径。水槽内的造波设备可以产生与实际波浪相似的规则波或者不规则波，从而对海底管道的运行环境进行模拟，因此目前普遍采用水槽试验的方法研究海底管道问题。

然而，以往的水槽试验中只模拟了波浪作用，没有模拟海流作用，而海流作用也是导致海底管道悬垮从而产生振动的重要因素。因此，在已有试验条件下，既没有对管道施加海流作用的影响，也没有对波浪和海流作用下管道的振动状态进行模拟，试验管道往往处于静止状态，使得这项试验简化了管道在海底实际使用过程中的情况，测试得到的试验数据不利于对海底管道的稳定性做出正确评价。

本发明的振动装置可以对室内水槽试验条件下的管道施加振动，并且通过调整其振动频率，能够有效的模拟海底管道在海底波浪和海流作用下产生的振动状态。

综上，本发明旨在测量室内水槽试验里振动管道下的土体性质，基于该发明得到的测量数据将更加准确的反应实际情况下海底管道周围土体性质情况。

本发明是对管道施加振动并控制和测量其振动频率，模拟海底管道在波流作用下的振动，测量管道振动作用下土体性质的装置，得到海底管道振动条件下周围的土体性质，例如管道土体孔隙水压力和土体强度。

为达到上述目的，本发明采取的具体技术方案为：

一种用于测量海底管道振动下土体性质的装置，该装置包括偏心轮振动器、加速度传感器和数据采集与控制仪；所述偏心轮振动器和加速度传感器均设置在管道上，所述数据采集与控制仪用于控制偏心轮振动器和加速度传感器。