[发明专利]一种海底表层硬质泥沙可视推进取样器及取样方法

权利要求书

1.一种海底表层硬质泥沙可视推进取样器，包括同轴铠装缆（1）和取样容器（3），其特征在于,所述取样容器（3）顶部固定安装平衡架（2），平衡架（2）顶部设置有同轴铠装缆（1），同轴铠装缆（1）的部分缆芯安装在平衡架（2）内部；取样容器（3）内部中空，取样容器（3）的内部设有照明灯（4）和摄像头（5），照明灯（4）和摄像头（5）通过控线与平衡架（2）内部的缆芯连接，取样容器（3）的内壁上贴覆有防粘结薄布层（16），取样容器（3）的侧壁上设有若干个出水孔（6），出水孔（6）处设有纱布，取样容器（3）底部设有可拆卸式盖板（11），取样容器（3）底部还设有1-2排与取样容器（3）内部连通的取沙口（7）；

所述取沙口（7）为直角梯形柱状，取沙口（7）的开口方向朝前，取沙口（7）与取样容器（3）连接处设有铁板（9），铁板（9）的一端通过合页与取样容器（3）连接，铁板（9）的另一端通过弹簧（10）与取沙口（7）底部连接，取沙口（7）的内部设有斜坡式铁板（8）；

所述取样容器（3）后侧设有控制舱（17），控制舱（17）尾端设有推进器（14），控制舱（17）与推进器（14）之间通过角度调节装置(14-1)连接，控制舱（17）内部设有控制板（15），控制板（15）通过控线分别与角度调节装置(14-1)和平衡架（2）内部的缆芯信号连接，控制舱（17）底部设有滚轮（13），控制舱（17）底部还设有贯入系统（12）；

所述贯入系统（12）包括贯入平台(12-5)，贯入平台(12-5)底部逆时针依次安装十字板剪切仪(12-1)、静力触探仪(12-2)、水下摄像机(12-3)和水下照明灯(12-4)，十字板剪切仪(12-1)、静力触探仪(12-2)和水下摄像机(12-3)通过控线与控制板（15）信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种海底表层硬质泥沙可视推进取样器，其特征在于,所述取样容器（3）为前宽后窄的结构，前部呈长方体结构，后部呈等腰梯形体结构。

3.根据权利要求1所述的一种海底表层硬质泥沙可视推进取样器,其特征在于,所述纱布的孔径为0.05mm-0.075mm。

4.根据权利要求1所述的一种海底表层硬质泥沙可视推进取样器,其特征在于,所述防粘结薄布层（16）由透水PE编织布材料制成。

5.如权利要求1-4之一所述的一种海底表层硬质泥沙可视推进取样器的取样方法，其特征在于,具体步骤如下：

1）科学考察船搭载取样器到达预定取样点后，开始由同轴铠装缆（1）吊装取样器准备下放工作；

2）当贯入系统（12）中的水下摄像机（12-3）识别到接近海床表面时，将贯入系统（12）中接收到的信号传给控制舱（17）内的控制板（15），由控制舱（17）将信号传给同轴铠装缆（1）再传到船上的控制下放人员放慢下放速度，直到接触海床；

3）接触海床以后，让贯入系统（12）先开始工作，将十字板剪切仪(12-1)和静力触探仪(12-2)自动贯入到海床中，测出沉积物强度后，装置自动回收；

4）根据沉积物强度来计算得出调整推进器（14）的倾斜角度，准备进行取样工作；

5）推进器倾斜角度调整好后，取样容器（3）内部的照明灯（4）和摄像头（5）开始工作，接着推进器（14）开始工作进行取样。

6.根据权利要求5所述的一种海底表层硬质泥沙可视推进取样器的取样方法，其特征在于,所述步骤4）中推进器（14）的倾斜角度的计算过程如下：

装置在水中整体重量为W，单位为kg，利用贯入系统（12）中的十字板剪切仪(12-1)获取到表层沉积物的抗剪强度，通过静力触探仪(12-2)可以获取沉积物的锥尖阻力q；沉积物的内摩擦角可通过锥尖阻力换算得到，海洋土内摩擦角与锥尖阻力q符合下述经验公式：

而抗剪强度、内摩擦角与内聚力c满足下述公式：

通过上述的内摩擦角及抗剪强度算出沉积物的内聚力c，进而通过下述公式计算表层沉积物的地基承载力，计算地基承载力时只需考虑表层沉积物临塑压力即可，计算公式如下：

其中f为临塑压力，单位为kPa，为土的有效天然重度，海洋土取13.5kN/m³，d为取沙口（7）插入沉积物的埋深，单位为m；根据计算出的表层沉积物的承载力，建立下述公式，计算推进器（14）与水平方向的角度为

其中F为推进器（14）的推进力，单位为kN，g为重力加速度，单位为N/kg；所以综合以上分析可以得到，推进器（14）的推进角度可以按下述公式计算得到：

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