[发明专利]测定鱼雷锚在海底斜坡中贯入姿态的模型试验装置及试验方法

说明书

本发明提供了测定鱼雷锚在海底斜坡中贯入姿态的模型试验装置及试验方法，该装置包括鱼雷锚、圆柱筒、土箱、锚身、锚头、尾翼、定位器A、定位器B、拉绳、斜坡、支架、固定环、法兰盘、螺栓、信号探测器。通过模拟鱼雷锚贯入海底斜坡后的贯入姿态，确定斜坡坡角α与贯入速度v对贯入姿态及贯入深度的影响，从而为研究海洋平台系泊基础在海底斜坡区域的贯入姿态和贯入深度提供分析依据，解决因鱼雷锚在斜坡地层中贯入姿态不良或贯入深度不足而导致系泊基础的抗拔承载力无法得到有效发挥的问题。

技术领域

本发明属于系泊基础装置技术领域，特别涉及测定鱼雷锚在海底斜坡中贯入姿态的模型试验装置及试验方法。

背景技术

目前，海洋资源的开采已进入超深水领域。海洋浮式结构，如海上钻井平台、浮式生产储油卸油装置等，是海洋资源开采必不可少的设施。系泊系统作为海洋浮式结构的重要组成部分，随着海洋结构物规模及水深的增加，其建造成本及施工难度也大幅提高。鱼雷锚安装简单快速，制造成本低，是一种有前景的深海锚固结构。目前遇到的问题是对于鱼雷锚在倾斜土坡中的贯入姿态的研究十分有限，在倾斜土坡的贯入姿态关乎其系泊结构物的稳定性和抗风浪能力，因此鱼雷锚在倾斜土坡中的贯入姿态尚存在很大的研究空间。

检索发现，申请号为202010027392.6《一种可加深锚固长度的鱼雷锚》提供了鱼雷锚的新型设计装置，但是这种装置仅是通过切割土层加深锚固长度、提升鱼雷锚抗拔能力，无法研究鱼雷锚在倾斜土坡中的贯入姿态。

检索发现，《新型轻质动力锚水动力学特性模型试验研究》论文中研究了鱼雷锚的水动力学特性，但是该篇论文中没有对鱼雷锚贯入土层做进一步地探索和展开研究。因此，现有技术往往仅是单方面的对鱼雷锚装置的研究设计，没有涉及到鱼雷锚在倾斜土坡中的贯入姿态的研究。

由于复杂的海洋环境，鱼雷锚在水中受到诸如海流、礁石撞击等载荷后其运动方向会发生倾斜，偏离竖直运动，此时鱼雷锚的方向稳定性至关重要。由于初始贯入角的存在，鱼雷错的贯入过程会大幅度偏离竖直线，因此研究鱼雷锚在倾斜土坡中的贯入姿态有极大必要性。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的不足和缺陷，提供了测定鱼雷锚在海底斜坡中贯入姿态的模型试验装置及试验方法，通过模拟鱼雷锚贯入海底斜坡后的贯入姿态，确定斜坡坡角α与贯入速度v对贯入姿态及贯入深度的影响，从而为研究海洋平台系泊基础在海底斜坡区域的贯入姿态和贯入深度提供分析依据，解决因鱼雷锚在斜坡地层中贯入姿态不良或贯入深度不足而导致系泊基础的抗拔承载力无法得到有效发挥的问题。

测定鱼雷锚在海底斜坡中贯入姿态的模型试验装置，包括鱼雷锚1、圆柱筒2、土箱3、锚身4、锚头5、尾翼6、定位器A 7、定位器B 8、拉绳9、斜坡10、支架11、固定环12、法兰盘13、螺栓14、信号探测器15；

所述鱼雷锚1尾端设置拉绳9和定位器B 8，锚头5处设置定位器A 7；

所述圆柱筒2高5m～8m，通过3～5道固定环12与支架11连接固定，支架11可以保证圆柱筒2稳定；

所述圆柱筒2位于土箱3中央上方，通过法兰盘13及螺栓14与土箱3连接固定；

所述土箱3内部设置斜坡10，坡角为α，模拟海底斜坡；土箱3内部坡面以上部分及圆柱筒2内装满水，斜坡被水浸润趋于饱和；

所述信号探测器15设置在土箱外侧，通过移动感应定位器A和定位器B发出的信号强弱来确定鱼雷锚1进入斜坡后锚头和尾端的具体位置。

测定鱼雷锚在海底斜坡中贯入姿态的模型试验方法，采用上述的测定鱼雷锚在海底斜坡中贯入姿态的模型试验装置连接，具体步骤如下：

①制备含水率为10％～30％的黏性土，放置于土箱3中，分层压实，形成坡角为α的斜坡10，土箱3内装满水，斜坡被水浸润趋于饱和；