工作锚链受扰下鱼雷锚抗拔性能模型试验装置与试验方法

技术领域

本发明属于系泊基础装置技术领域，特别涉及工作锚链受扰下鱼雷锚抗拔性能模型试验装置与试验方法。

背景技术

我国海洋资源探索正向深海迈进，对海洋石油平台和平台锚泊基础提出很高的要求。目前运用较广泛的深水锚基础主要有吸力锚、法向承力锚、吸力贯入式板锚、振动深埋锚、动力贯入锚等。其中，鱼雷锚是最新发展的深海锚基础形式，具有造价经济、安装简单高效、锚泊性能佳等突出特点，尤其是克服了传统锚基础安装成本严重依赖水深的缺点，是目前最具发展前景的深水锚基础。目前遇到的问题是鱼雷锚容易受到波浪力的影响而降低抗拔承载力，这极大的影响了鱼雷锚的工作性能，而国内外对于受波浪力影响的情况下鱼雷锚的拉拔性能仍处于定性分析阶段。

论文《鱼雷锚在粘性和钙质沙海床中的贯入与抗拔特性》通过定速拉拔的方式测定鱼雷锚的拉拔性能，未考虑波浪力荷载扰动工作锚链情形下鱼雷锚抗拔性能的弱化效果。论文《鱼雷锚在静荷载与循环荷载下的承载特性数值分析》采用数值模拟的手段探讨了静载荷和竖向动荷载下鱼雷锚的承载性能，论文《黏土中鱼雷锚抗拔承载力数值分析》也采用了数值模拟的手段探讨了锚型、土体类型、拉拔荷载倾角、拉拔荷载水平分量与锚翼夹角等多种因素对拉拔承载力的影响，但均未涉及波浪力对工作锚链作用下的鱼雷锚的抗拔承载性能。

因此，现有技术往往仅考虑对鱼雷锚进行直接拉拔的试验或数值分析，由于忽视了波浪力对工作锚链的扰动作用，低估了鱼雷锚在此动力荷载下的抗拔能力弱化效果，与实际承载力存在较大差距，给系泊基础装置的设计和海洋平台的安全运营埋下了较大的安全隐患。

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，提供了工作锚链受扰下鱼雷锚抗拔性能模型试验装置与试验方法，该装置通过试验得出不同设定条件下鱼雷锚拔出时的波浪力F的振幅A，从而分析得出此时工作锚链受波浪荷载扰动下的鱼雷锚抗拔性能，这为研究不同波浪荷载扰动工作锚链对鱼雷锚抗拔性能的影响规律提供了分析依据。

工作锚链受扰下鱼雷锚抗拔性能模型试验装置，包括锚身1、尾翼2、拉力传感器3、百分表4、工作锚链5、振动块6、箱体7、土体8、作动器9；

所述锚身1尾部四周对称布置4个尾翼2；

所述工作锚链5与锚身1底部相连，在二者连接处设置拉力传感器6，来测定波浪力扰动时，鱼雷锚受到的近端拉拔力；

所述工作锚链5端部处施加一个恒定拉力F′11，模拟未受波浪力扰动的鱼雷锚远端拉拔力；

所述百分表4安装于土体8表面，沿着鱼雷锚在土体表面投影中心的不同距离布置3～5个，用于测量鱼雷锚拔出过程中土层表面关键点的竖向位移；

所述振动块6设置在工作锚链5的中间位置，通过作动器9加载模拟波浪力来给工作锚链施加波浪力F 10。

工作锚链受扰下鱼雷锚抗拔性能模型的试验方法，采用上述的工作锚链受扰下鱼雷锚抗拔性能模型试验装置连接，具体步骤如下：

①制备含水率为10％～30％的黏性土，分层装入箱体7内，形成土体8，同时将鱼雷锚预埋于土体中设定深度，然后在土体的表面位置安装百分表4；往土箱7内注水，直至土体10被水浸润趋于饱和，水面略没过于工作锚链5远端处；

②在工作锚链5远端处施加拉力F′11，通过作动器9给振动块6设定加载频率w和初始振幅A

③观察鱼雷锚的工作锚链5在土层上部的移动情况以及土层表面的变形形态，同时读取拉力传感器3和百分表4的读数，来分别测定鱼雷锚近端拉拔力和土体表面关键点的位移；

④逐渐加大波浪力F 10的振幅A，持续步骤③的观测记录，待地面出现较大隆起或鱼雷锚拔出时，记录此时波浪力F10的振幅大小和拉力传感器3的数值，据此确定工作锚链远端拉力F′11和波浪力F 10频率w恒定的情况下，导致鱼雷锚被拔出时的波浪力F10的振幅A，来分析得出此时工作锚链受波浪荷载扰动下的鱼雷锚抗拔性能；

⑤改变拉力F′11的大小和波浪力F 10的频率w，重复步骤②～④的试验，测出4～6组不同设定条件下鱼雷锚拔出时的波浪力F 10的振幅，分析不同波浪荷载扰动工作锚链对鱼雷锚抗拔性能的影响规律。

进一步地，该方法可以测定鱼雷锚近端拉拔力和远端拉拔力，为研究工作锚链受波浪荷载扰动下鱼雷锚受到的拉拔力在传递过程中的增幅效应。

进一步地，该装置通过试验得出不同设定条件下鱼雷锚拔出时的波浪力的振幅，从而分析得出此时工作锚链受波浪荷载扰动下的鱼雷锚抗拔性能，这为研究不同波浪荷载扰动工作锚链对鱼雷锚抗拔性能的影响规律提供了分析依据。

有益效果

本发明提供了工作锚链受扰下鱼雷锚抗拔性能模型试验装置与试验方法，该装置包括锚身1、尾翼2、拉力传感器3、百分表4、工作锚链5、振动块6、箱体7、土体8、作动器9；所述所述拉力传感器设置在工作锚链与锚身底部连接处，来测定波浪力扰动时，鱼雷锚受到的近端拉拔力；所述工作锚链端部处施加一个恒定拉力F′，模拟未受波浪力扰动的鱼雷锚远端拉拔力；所述振动块设置在工作锚链的中间位置，通过作动器加载模拟波浪力来给工作锚链施加波浪力F；通过试验得出不同设定条件下鱼雷锚拔出时的波浪力F的振幅A，从而分析得出此时工作锚链受波浪荷载扰动下的鱼雷锚抗拔性能，这为研究不同波浪荷载扰动工作锚链对鱼雷锚抗拔性能的影响规律提供了分析依据。

本发明的优点如下：

①可以测定鱼雷锚近端拉拔力和远端拉拔力，为研究工作锚链受波浪荷载扰动下鱼雷锚受到的拉拔力在传递过程中的增幅效应；

②可以确定鱼雷锚被拔出时的波浪力的振幅，来分析得出此时工作锚链受波浪荷载扰动下的鱼雷锚抗拔性能；

③可以测定不同设定条件下鱼雷锚拔出时的波浪力的振幅，分析不同波浪荷载扰动工作锚链对鱼雷锚抗拔性能的影响规律。

附图说明

图1为本发明所述的装置结构示意图；

标号说明：锚身1、尾翼2、拉力传感器3、百分表4、工作锚链5、振动块6、箱体7、土体8、作动器9、波浪力F 10、拉力F′11。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，工作锚链受扰下鱼雷锚抗拔性能模型试验装置，包括锚身1、尾翼2、拉力传感器3、百分表4、工作锚链5、振动块6、箱体7、土体8、作动器9；

所述锚身1尾部四周对称布置4个尾翼2；

所述工作锚链5与锚身1底部相连，在二者连接处设置拉力传感器6，来测定波浪力扰动时，鱼雷锚受到的近端拉拔力；

所述工作锚链5端部处施加一个恒定拉力F′11，模拟未受波浪力扰动的鱼雷锚远端拉拔力；

所述百分表4安装于土体8表面，沿着鱼雷锚在土体表面投影中心的不同距离布置3～5个，用于测量鱼雷锚拔出过程中土层表面关键点的竖向位移；

所述振动块6设置在工作锚链5的中间位置，通过作动器9加载模拟波浪力来给工作锚链施加波浪力F 10。

工作锚链受扰下鱼雷锚抗拔性能模型的试验方法，采用上述的工作锚链受扰下鱼雷锚抗拔性能模型试验装置连接，具体步骤如下：

①制备含水率为10％～30％的黏性土，分层装入箱体7内，形成土体8，同时将鱼雷锚预埋于土体中设定深度，然后在土体的表面位置安装百分表4；往土箱7内注水，直至土体10被水浸润趋于饱和，水面略没过于工作锚链5远端处；

②在工作锚链5远端处施加拉力F′11，通过作动器9给振动块6设定加载频率w和初始振幅A

③观察鱼雷锚的工作锚链5在土层上部的移动情况以及土层表面的变形形态，同时读取拉力传感器3和百分表4的读数，来分别测定鱼雷锚近端拉拔力和土体表面关键点的位移；

④逐渐加大波浪力F 10的振幅A，持续步骤③的观测记录，待地面出现较大隆起或鱼雷锚拔出时，记录此时波浪力F 10的振幅大小和拉力传感器3的数值，据此确定工作锚链远端拉力F′11和波浪力F 10频率w恒定的情况下，导致鱼雷锚被拔出时的波浪力F 10的振幅A，来分析得出此时工作锚链受波浪荷载扰动下的鱼雷锚抗拔性能；

⑤改变拉力F′11的大小和波浪力F 10的频率w，重复步骤②～④的试验，测出4～6组不同设定条件下鱼雷锚拔出时的波浪力F 10的振幅，分析不同波浪荷载扰动工作锚链对鱼雷锚抗拔性能的影响规律。

以上所述仅是本发明技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。