一种波浪作用下海床土体灾害形成模拟装置

技术领域

本发明涉及海洋工程地质灾害领域，具体是指一种用于模拟波浪荷载作用下海床土体灾害形成的装置。

背景技术

遇风暴潮等极端海况时，海水引起巨大波浪，海床受到波浪循环压力，波峰时海床土体受到正压力，波谷时受到负压力。在循环压力作用下，海床土体容易产生一系列灾害，包括泥沙起伏、侵蚀和液化等，这些灾害进一步诱发海底工程设施的安全性。为了研究波浪作用下海床土体发生的灾害，在海底布设传感器进行监测是一种较好的方法，而实际的强波浪有许多不可控因素，下部布设的传感器容易遭受损坏或丢失。因此，采用人工方法模拟波浪对海床的作用，是一种较好的方法，另外人工方法具有可重复性，可以变换波浪压力大小和周期，对于研究海床土体灾害的发育规律具有较强的可操作性。有鉴于此，开发一种波浪作用下海床土体灾害形成模拟装置，非常有必要性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种波浪作用下海床土体灾害形成模拟装置，循环模拟波浪波峰和波谷正负压力对海床的影响。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种波浪作用下海床土体灾害形成模拟装置，包括支架、筒体、活塞、空压机、真空泵、转换开关、第一管道、第二管道；所述支架一端固定在船只上，另一端固定在筒体上且能够调节所述筒体的高度；所述筒体内壁四个方向上均匀地设置有四个导轨，所述活塞外表面四个方向上均匀地设置有四个凹槽，所述活塞放置在所述筒体内，且所述四个导轨与所述四个凹槽相咬合；所述筒体顶部封闭且设有第一孔洞和第二孔洞，所述第一管道的一端与所述第一孔洞相连接，另一端与所述空压机相连接；所述第二管道的一端与所述第二孔洞相连接，另一端与所述真空泵相连接；所述转换开关与所述空压机和所述真空泵分别相连接，用于控制所述空压机或所述真空泵进行工作。

所述支架由钢管焊接而成。

所述筒体为圆柱形。

所述筒体底部焊接有一圈铁环，用以防止活塞冲出筒体。

所述筒体由钢材制成。

所述活塞由钢材制成。

所述转换开关为自动转换开关，其转换周期可设置。

所述第一管道和第二管道为塑料管道。

本发明一种波浪作用下海床土体灾害形成模拟装置，使用时，将所述模拟装置连接好，支架固定连接在船只上，运输到待测试地点处，筒体呈竖直状态，通过支架将筒体调节到适当高度处，使筒体大约一半位于海水之下，另一半位于空气中；在筒体正下方的海床表面和土体内埋设若干种传感器；设置转换开关的转换周期，使得连接空压机和真空泵的工作周期分别是半个波浪周期，启动转换开关，让空压机和真空泵轮流工作。当空压机工作时，空压机向筒体内施加空气压力，活塞在压力作用下迅速向下移动，活塞推动海水向下移动，对海床产生压力，模拟波峰对海床的波压力；空压机作用半个波浪周期后，转换开关启动真空泵，真空泵迅速抽除筒体内的空气，活塞迅速上移，海水压力减小，模拟波谷对海床的负压力。如此循环，模拟波浪波峰和波谷正负压力对海床的影响，利用海床设置的传感器监测波浪压力大小和海床土体灾害的形成过程。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：能够循环模拟波浪波峰和波谷正负压力对海床的影响，并利用海床设置的传感器监测波浪压力大小和海床土体灾害的形成过程。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的一种波浪作用下海床土体灾害形成模拟装置不局限于实施例。

附图说明

图1为本发明的模拟装置的结构示意图；

图2为本发明的筒体的断面图；

图3为本发明的活塞的断面图。

附图标记：1、支架，2、筒体，21、导轨，22、第一孔洞，23、第二孔洞，24、铁环，3、活塞，31、凹槽，4、空压机，5、真空泵，6、转换开关，7、第一管道，8、第二管道。

具体实施方式

如图1至图3所示，一种波浪作用下海床土体灾害形成模拟装置，包括支架1、筒体2、活塞3、空压机4、真空泵5、转换开关6、第一管道7和第二管道8。

其中，所述支架1由钢管焊接而成，一端固定在船只上，另一端固定筒体2，并且能够调节筒体2的高度。

所述筒体2为圆柱形，由钢材制成，内壁在四个方向上有四个导轨21，位于活塞3的凹槽31内，筒体2顶部封闭且设有第一孔洞22和第二孔洞23，分别连接空压机4和真空泵5，筒体2底部焊接有一圈铁环24，用以防止活塞3跑出筒体2。

所述活塞3由钢材制成，四个方向上有四个凹槽31，凹槽31与筒体导轨21相咬合，所述活塞3的外径比筒体2的内径略小，两者具有较好的吻合性。

所述空压机4用以向筒体2内施加空气压力，所述真空泵5用以快速减小筒体2内的压力，并在筒体2内形成一真空力，所述空压机4和真空泵5优选大功率者。所述转换开关6与所述空压机4和真空泵5分别连接，用以自动控制空压机和真空泵的一者进行工作。

所述第一管道7和所述第二管道8为高强塑料管道，所述第一管道7连接空压机4和筒体2的第一孔洞22，所述第二管道8连接真空泵5和筒体2的第二孔洞23。

本发明一种波浪作用下海床土体灾害形成模拟装置，使用时，将所述模拟装置连接好，支架1固定连接在船只上，运输到待测试地点处，筒体2呈竖直状态，通过支架1将筒体2调节到适当高度处，使筒体2大约一半位于海水之下，另一半位于空气中；在筒体2正下方的海床表面和土体内埋设若干种传感器；设置转换开关6的转换周期，使得连接空压机4和真空泵5的工作周期分别是半个波浪周期，启动转换开关6，让空压机4和真空泵5轮流工作。当空压机4工作时，空压机4向筒体内施加空气压力，活塞3在压力作用下迅速向下移动，活塞3推动海水向下移动，对海床产生压力，模拟波峰对海床的波压力；空压机4作用半个波浪周期后，转换开关6启动真空泵5，真空泵5迅速抽除筒体2内的空气，活塞3迅速上移，海水压力减小，模拟波谷对海床的负压力。如此循环，模拟波浪波峰和波谷正负压力对海床的影响，利用海床设置的传感器监测波浪压力大小和海床土体灾害的形成过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。