[发明专利]斜坡海床上管道在位稳定性的机械加载模拟装置及方法

权利要求书

1.一种斜坡海床上管道在位稳定性的机械加载模拟装置，其特征在于：它包括一透明土槽，所述土槽内设置有一上表面倾斜的土体，所述土体上表面铺设有一模型管道；所述模型管道上设置有一用于施加拉力的机械加载装置；所述机械加载装置上设置有拉力传感器、与土体上表面垂直的垂向激光位移传感器、与土体上表面平行的平行激光位移传感器。

2.如权利要求1所述的斜坡海床上管道在位稳定性的机械加载模拟装置，其特征在于：

所述模型管道与所述土体的倾斜方向垂直，水平铺设在所述土体上表面，所述机械加载装置包括分别设置在所述土槽两相对侧壁上的竖向支撑结构，两所述支撑结构上设置有一位于所述模型管道上方、且与所述土体上表面平行的斜梁；所述斜梁底面设置有滑动轨道，所述滑动轨道上设置有一滑块；

所述平行激光位移传感器设置在所述土体高起端的所述支撑结构上，所述垂向激光位移传感器设置在所述斜梁的底面；

所述滑块竖向设置有两连接所述模型管道两轴端的拉索，每一拉索上设置有一所述拉力传感器，所述滑块沿所述斜梁方向设置另一拉索，该拉索通过依次设置在所述支撑结构上的两个定滑轮，连接一设置在所述土槽外部的电机。

3.如权利要求2所述的斜坡海床上管道在位稳定性的机械加载模拟装置，其特征在于：所述两定滑轮分别设置在所述土体高起端一侧的所述支撑结构上。

4.如权利要求2所述的斜坡海床上管道在位稳定性的机械加载模拟装置，其特征在于：所述两定滑轮分别设置在所述土体低端一侧的所述支撑结构上。

5.如权利要求2或3或4所述的斜坡海床上管道在位稳定性的机械加载模拟装置，其特征在于：所述滑块移动方向后端的滑动轨道上设置有一防滚装置，所述防滚装置的另一端分别连接所述模型管道两端面。

6.如权利要求1所述的斜坡海床上管道在位稳定性的机械加载模拟装置，其特征在于：所述模型管道与所述土体的倾斜方向一致，铺设在所述土体上表面，所述机械加载装置包括一设置在所述土槽顶部的横梁，设置在所述土槽侧壁上的支撑结构，所述平行激光位移传感器设置在所述土体高起端的所述支撑结构上，所述垂向激光位移传感器设置在所述横梁的底面；所述模型管道端部设置有一拉索，所述拉索通过设置在所述支撑结构上的定滑轮连接设置在所述土槽外部的电机；所述模型管道与所述定滑轮之间的拉索上设置有所述拉力传感器。

7.如权利要求6所述的斜坡海床上管道在位稳定性的机械加载模拟装置，其特征在于：所述拉索设置在所述模型管道的上端部，所述定滑轮设置在所述土体高起端一侧的所述支撑结构上。

8.如权利要求6所述的斜坡海床上管道在位稳定性的机械加载模拟装置，其特征在于：所述拉索设置在所述模型管道的下端部，所述定滑轮设置在所述土体低端一侧的所述支撑结构上。

9.一种如权利要求2～5任一项所述装置的斜坡海床上管道在位稳定性的机械加载模拟方法，其包括以下步骤：

1)采用砂雨法在土槽内制备给定倾斜角度的土体；

2)与土体的倾斜方向垂直，在土体上表面水平安放模型管道，通过垂向激光位移传感器测量模型管道在土体上表面的初始沉降量；

3)启动电机，通过滑块上设置的拉索，对模型管道施加沿土体上表面向上或向下的机械斜拉力；

4)通过拉力传感器测量施加在模型管道上的拉力；通过平行激光位移传感器测量模型管道沿土体上表面仅发生平动情况下的水平位移，或者测量模型管道沿土体上表面既发生平动又发生转动情况下的水平位移；通过垂向激光位移传感器测量模型管道在土体上表面的垂向位移；

5)通过增减配重块，改变模型管道的重量，返回步骤2)进行不同重量模型管道的模拟分析。

10.一种如权利要求6～8任一项所述装置的斜坡海床上管道在位稳定性的机械加载模拟方法，其包括以下步骤：

1)采用砂雨法在土槽内制备给定倾斜角度的土体；

2)与所述土体的倾斜方向一致，在土体上表面安放模型管道，通过垂向激光位移传感器测量模型管道在土体上表面的初始沉降量；

3)启动电机，通过模型管道上设置的拉索，对模型管道施加沿土体上表面向上或向下的机械斜拉力；

4)通过拉力传感器测量施加在模型管道上的拉力；通过平行激光位移传感器测量模型管道沿土体上表面的水平位移；通过垂向激光位移传感器测量模型管道在土体上表面的垂向位移；

5)通过增减配重块，改变模型管道的重量，返回步骤2)进行不同重量模型管道的模拟分析。