[发明专利]一种基于波浪振动作用的海底滑坡模拟系统及试验方法

说明书

本发明涉及一种基于波浪振动作用的海底滑坡模拟系统和试验方法，主要用于研究波浪振动作用下海底滑坡的动力响应，揭示海底滑坡的孕育机制和破坏机理。其结构包括框架支撑结构、滑坡模拟装置、波浪模拟装置和滑坡监测装置，所述滑坡模拟机构包括模拟滑坡体和倾角调整机构，所述波浪模拟机构包括激振板和激振驱动机构，所述滑坡监测装置包括孔压监测计和位移传感器。本发明充分考虑了波浪荷载在海底滑坡中的重要作用，大量克服了大型港池试验和理论数值计算的缺点，可用于揭示在波浪荷载作用下海底滑坡的孕育机制和破坏机理。

技术领域

本发明涉及海洋地质灾害技术领域，具体涉及一种基于波浪振动作用的海底滑坡模拟系统，主要用于研究在波浪荷载作用下，海底滑坡的动力响应及触发机制。

背景技术

海底滑坡作为一种极具破坏力的海洋地质灾害，对海底光缆、风电桩基、港口码头和钻井平台等近海工程具有重大的破坏作用，给沿海地区发展和人民生命财产安全带来不可估量的损失。由于海底滑坡的赋存环境与陆地滑坡有明显区别，海底滑坡的成因机制和触发因素均较为复杂。因此，近年来海底滑坡的相关研究逐步成为海洋工程学科和海洋灾害学科的研究热点，研究表明波浪振动作用是触发海底滑坡，尤其是近海海底滑坡的一个重要影响因素。波浪振动荷载对海底滑坡的影响主要分为两个方面：1、波浪作为一种振动荷载，在其传播过程中引起滑坡体受力条件的改变，循环增加滑坡体的下滑作用力，从而降低滑坡体的稳定性；2、波浪作为一种循环荷载，在其传播时引起滑坡体内的孔压改变，包括瞬时孔压和累计孔压，降低土体有效强度，从而进一步降低滑坡体的稳定性。

目前，学术界研究波浪对海底滑坡影响的主要手段为：理论算法、数值模拟和大型港池物理模型试验。然而，理论算法和数值模拟受限于较多的假设前提，致使其研究结果与工程实际的匹配程度较低；大型港池物理模型试验是现阶段开展海底滑坡相关研究最为直观和可靠的方法，但是其具有成本高、周期长等缺点。目前尚未有实验室尺度的小型物理模拟设备，可用于开展波浪荷载对海波滑坡影响的试验研究。

发明内容

本发明为了克服现有技术中理论计算和数值模拟的缺点，避免大型港池物理模型试验成本高、周期长的不足，提供一种基于波浪振动作用的海底滑坡模拟系统及试验方法，用于研究波浪荷载作用下，海底滑坡的动力响应及触发机制。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种基于波浪振动作用的海底滑坡模拟系统，包括框架支撑结构、滑坡模拟装置、波浪模拟装置和滑坡监测装置，所述框架支撑结构包括玻璃容器，所述滑坡模拟机构包括模拟滑坡体和倾角调整机构，所述波浪模拟机构包括激振板和激振驱动机构，所述激振板通过激振驱动机构设置于玻璃容器的顶部，模拟滑坡体设置于玻璃容器的底部，倾角调整机构设置于模拟滑坡体下方，所述滑坡监测装置包括孔压监测计和位移传感器，所述孔压监测计预埋于所述模拟滑坡体内，所述位移传感器设置于模拟滑坡体表面，所述孔压监测计和位移传感器用于模拟滑坡体的动态响应的监测和记录。

作为优选，所述倾角调整机构包括螺旋飞轮、飞轮横轴、驱动电机、滑动板，所述模拟滑坡体底部设置滑动板，滑动板设置有若干贯穿滑动板上下表面的滑动板底孔，飞轮横轴横置于玻璃容器底部位于滑动板下方，所述螺旋飞轮设置于飞轮横轴上，螺旋飞轮顶靠滑动板下方，驱动电机通过飞轮横轴驱动螺旋飞轮旋转。

作为优选，玻璃容器底部设有两根平行的支撑梁，所述飞轮横轴横置于两根支撑梁之间，飞轮横轴设有横轴螺栓与支撑梁固定连接。

作为优选，所述的激振驱动机构包括牛腿梁、支撑弹簧、弹簧螺栓、振动电机，所述牛腿梁设置在玻璃容器内侧，牛腿梁上方设置支撑弹簧，所述激振板四角设置于支撑弹簧顶端并通过弹簧螺栓连接支撑弹簧，所述振动电机设置于激振板顶部。

作为优选，激振板顶部设有振动电机底板，所述振动电机底板和激振板之间通过若干底板螺栓固定连接，振动电机设置于振动电机底板上。