[发明专利]海底沉积物取样与力学性质原位测试装置及其测试方法

说明书

本发明提供了一种海底沉积物取样与力学性质原位测试装置，包括控制舱、配重、取样管、沉积物力学性质监测系统和沉积物取样系统。通过本发明可以实现海底沉积物取样，同时获得海底沉积物的锥尖阻力、侧壁阻力与孔隙水压力以及该设备贯入沉积物过程中的加速度变化，通过特有的转化公式速率效应影响下的锥尖阻力、侧壁阻力数据转化为常规的静力触探测试的数据，以此监测海底沉积物的地基承载力、不排水抗剪强度等力学性质指标，克服了常规沉积物力学性质监测与取样严重依赖特有装置、成本高、测试不够便捷等弊端。

技术领域

本发明涉及海底沉积物探测技术领域，具体而言，特别涉及一种海底沉积物取样与力学性质原位测试装置及其工作方法。

背景技术

海底沉积物力学性质原位测试以及样品获取是海底油气资源勘探、海洋环境监查与海洋工程建设必不可少的环节。

随着海洋强国战略的推进，我国海洋油气资源开发、海洋工程建设等项目增多，勘察建设难度增大，对海底沉积物详细物理力学参数的需求增加、精确度增加。常规海底沉积物物理力学参数的获取方法为先取样，然后室内试验测试，由于海底沉积物含水量大、灵敏度度高、易扰动等特定使得常规的取样、室内试验测试获取的沉积物的力学参数不具备原位信息，其工程应用价值大大降低。常规海底沉积物原位探测手段多以大型静力触探测试为主，测试费用高，测试速度慢，且对表层沉积物扰动大，大大降低了沉积物物理力学参数测试的效率，不足以满足日益增长的沉积物物理力学参数的需求。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种海底沉积物取样与力学性质原位测试装置及其工作方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种海底沉积物取样与力学性质原位测试装置，包括控制舱、配重、取样管、沉积物力学性质监测系统和沉积物取样系统,控制舱上部为固定缆绳的提头，控制舱的外壁装有导流叶片；控制舱的内部置有控制系统电路板、加速度传感器、姿态传感器和电池，控制系统电路板固定在控制舱内部顶端，姿态传感器固定在控制系统电路板下方，通过导线与控制系统电路板与电池相连接，加速度传感器固定在控制舱的内部左下方，通过导线与控制系统电路板与电池相连接；电池固定在控制舱的内部右下方。

配重为多组中心镂空配重盘而成，其中心镂空为取样管壁内沉积物力学性质监测系统提供与控制舱的连接通道；配重上方与控制舱连接处具有与外部连通的空腔；

沉积物力学性质监测系统置于取样管管壁内侧，沉积物力学性质监测系统包括锥尖阻力传感器、侧壁阻力传感器和孔隙水压力传感器，锥尖阻力传感器通过传动轴以螺纹的形式连接刀头内的锥头，侧壁阻力传感器通过L形连通轴连接设置在取样管外侧的摩擦板，孔隙水压力传感器的外部紧邻透水石，透水石穿过取样管壁与沉积物直接接触；

沉积物取样系统包括取样管和刀头，取样管内部置有可自由拆装的PVC管， PVC管的最上方置有防沉积物冒顶的顶帽。

作为优选方案，导流叶片为3片，相邻两片呈120度角，均匀分布在控制舱外部。

作为优选方案，配重为多组中间镂空圆盘堆砌而成。

作为优选方案，顶帽的材质为不锈钢材料。

进一步地，顶帽的上部为网状结构，四周为普通钢板围绕而成。

作为优选方案，刀头为C型圆弧刀口，内部置有防漏花瓣，刀头的豁口处有小于豁口的锥头，通过螺纹固定在传动轴上，刀头上部利用螺纹固定在取样管上。

一种海底沉积物取样与力学性质原位测试装置的工作方法,具体包括以下步骤：

S1：将地质绞车的缆绳绕过A架，通过转环与提头相连，同时打开控制系统电路板开关，开始记录设备的加速度传感器、姿态传感器、锥尖阻力传感器、侧壁阻力传感器和孔隙水压力传感器数据；