[发明专利]三层套管吸力桶试验装置

权利要求书

1.一种三层套管吸力桶试验装置，其特征在于：包括桶体、负压抽吸系统、传感器测量系统、数据采集及控制系统(13)；

所述的桶体的顶部封闭，底部敞开，桶体包括由内而外依次同轴设置的内摩阻力套管(17)、端阻力钢架(19)和外摩阻力套管(16)；所述的端阻力钢架(19)包括端阻力钢架顶板(6)、端阻力板连接杆(18)和工字型端阻力环钢板(1)；所述的端阻力板连接杆(18)沿环向均匀布置，用于连接端阻力钢架顶板(6)和工字型端阻力环钢板(1)；所述的工字型端阻力环钢板(1)与所述的内摩阻力套管(17)的端部和外摩阻力套管(16)的端部之间均填充有橡胶塞(21)；所述的桶体上方还设置有两个竖向导向杆(11)，用于使整个吸力桶保持竖直悬挂；

所述的负压抽吸系统包括负压泵(8)、压力表(9)和吸水管(10)，用于使桶内形成负压，从而将吸力桶贯入海床土体中；

所述的传感器测量系统用于检测吸力桶贯入过程中的数据，包括套管之间传递的轴力、不同深度及吸力桶端部的内外孔压、土体作用于吸力桶桶身的土压力、套管顶盖与土体表面的距离和土体的刚度，并将数据传输至数据采集及控制系统(13)中，所述的数据采集及控制系统(13)用于处理分析数据。

2.根据权利要求1所述的三层套管吸力桶试验装置，其特征在于：所述的内摩阻力套管(17)和外摩阻力套管(16)均采用薄壁钢管制作，薄壁钢管的壁厚与套管的直径比为1：100～150。

3.根据权利要求1所述的三层套管吸力桶试验装置，其特征在于：所述的端阻力板连接杆(18)的直径小于内、外摩阻力套管的间隙，且其刚度大于内、外摩阻力套管的刚度。

4.根据权利要求1所述的三层套管吸力桶试验装置，其特征在于：所述的吸水管(10)与设于吸力桶顶盖边缘的水泵孔(7)连接，用于抽吸桶内的水。

5.根据权利要求1所述的三层套管吸力桶试验装置，其特征在于：所述的传感器测量系统包括压电式轴力传感器(14)、孔压传感器(3)、薄膜土压力计(4)、激光测距仪(5)、弯曲元(20)；所述的压电式轴力传感器(14)设置于各层套管之间，用于测量各层套管之间传递的竖向力；所述的孔压传感器(3)设置于工字型端阻力环钢板(1)的两侧、内摩阻力套管(17)的内侧以及外摩阻力套管(16)的外侧，分别用于测量端部的内外孔压和不同深度的孔压；所述的薄膜土压力计(4)设置于内摩阻力套管(17)的内侧以及外摩阻力套管(16)的外侧，用于测量土体作用于吸力桶桶身的土压力；所述的激光测距仪(5)设置于内摩阻力套管(17)顶盖内侧，用于测量与土体表面的距离；所述的弯曲元(20)设置于内摩阻力套管内侧下部，用于测量土体的刚度。

6.根据权利要求5所述的三层套管吸力桶试验装置，其特征在于，所述的压电式轴力传感器(14)的设置方式具体为：在内摩阻力套管(17)的顶部和端阻力钢架(19)的顶部之间、端阻力钢架(19)的顶部和外摩阻力套管(16)的顶部之间分别设置成轴对称的四个压电式轴力传感器(14)。

7.根据权利要求5所述的三层套管吸力桶试验装置，其特征在于：所述的孔压传感器的设置方式具体为：设置于工字型端阻力环钢板(1)两侧的孔压传感器(3)的外侧设置有带孔钢板(2)，设置于内摩阻力套管(17)内侧和外摩阻力套管(16)外侧的孔压传感器(3)共有16个且成轴对称分布。

8.根据权利要求5所述的三层套管吸力桶试验装置，其特征在于：所述的薄膜土压力计(4)的设置方式具体为：设置于内摩阻力套管(17)内侧和外摩阻力套管(16)外侧的薄膜土压力计共16个且成轴对称分布。

9.根据权利要求5所述的三层套管吸力桶试验装置，其特征在于：所述的传感器测量系统的每个传感器的数据通过数据传输线(12)传输，所述的数据传输线(12)穿过设于吸力桶顶盖边缘的数据通道口(15)连接至数据采集及控制系统(13)，所述的数据通道口(15)在数据传输线(12)通过之后采用橡胶塞进行密封。