[发明专利]一种基于透明土旋转水槽的海底滑坡演化过程模拟系统及实验方法

摘要

一种基于透明土旋转水槽的海底滑坡演化过程模拟系统及实验方法，属于海洋地质灾害与岩土工程实验技术领域，包括旋转水槽系统、透明土模拟系统、控制与数据采集系统。旋转水槽系统通过控制电机赋予试样不同速度，U型截面旋转鼓槽闭合圆环结构用于满足滑动距离不受限制要求；透明土模拟系统制备与真实海底土层物理力学特性相似的具有示踪染色剂透明试样及流体环境，实现试样演化过程内部、外部及水土界面三维全程可视化；控制与数据采集系统通过三维激光切片与数字图像采集方法，实现演化过程定量化监测与数据提取。本发明提供的实验系统规模可控、演化过程可视、图像数据可测，能解决长距离演化实验难以开展、数据采集困难、监测画面不清等问题。

主权项

1.一种基于透明土旋转水槽的海底滑坡演化过程模拟系统，其特征在于，所述的海底滑坡演化过程模拟系统包括旋转水槽系统、透明土模拟系统、控制与数据采集系统，所述的旋转水槽系统通过控制高性能伺服电机(2)使旋转鼓槽(3)旋转，赋予试样不同速度，且旋转水槽的闭合U型槽能够实现试样滑动距离可控；所述的透明土模拟系统制备与真实海底土层物理力学特性相似的可视化试样与流体环境，达到试样演化过程的内部、外部、界面全程可视化；所述的控制与数据采集系统通过三维激光切片技术、工业相机与运动相机采集方法，达到演化全过程三维定量化的数据提取，三大系统协同工作；/n所述的旋转水槽系统包括旋转水槽支撑框架(1)、高性能伺服电机(2)、旋转鼓槽(3)；所述的旋转水槽支撑框架(1)底部与地面固接；所述的高性能伺服电机(2)设于旋转水槽支撑框架(1)的中心处，与旋转鼓槽(3)通过多个刚性杆件连接，并与微型计算机(10)相连，微型计算机(10)为旋转鼓槽(3)提供不同稳定的或变化的旋转角速度；所述的旋转鼓槽(3)内层开口、外层封闭，其鼓槽截面为开口U型槽设计，旋转鼓槽(3)内部用于放置环境流体(6)与透明土试样(7)，旋转鼓槽(3)外层的透明内壁面为鼓槽外层内壁面(4)，用于模拟具有不同粗糙度的海床表面；/n所述的透明土模拟系统包括示踪染色剂(5)、环境流体(6)、透明土试样(7)；所述的环境流体(6)为根据透明土制样技术并基于相似准则配置的用于模拟海水的物质；所述的透明土试样(7)通过透明土制样技术并基于相似准则配置、固结，用于模拟不同类型海底土层的物质；所述环境流体(6)和透明土试样(7)均通过示踪染色剂(5)染色制备出差异明显的不同颜色，并通过相机(9)进行识别，精确监测旋转鼓槽(3)旋转过程中透明土试样(7)内部演化情况与外部变化情况，以及透明土试样(7)与环境流体(6)界面的物质交换过程；/n所述的控制与数据采集系统包括三组激光发射器(8)、三组相机(9)、微型计算机(10)；所述的激光发射器(8)与微型计算机(10)相连，在透明土试样(7)的空间三个方向布置，满足透明土技术所需的激光散斑技术要求；所述的三组相机(9)在透明土试样(7)的空间三个方向布置，相机(9)的布置方向与激光发射器(8)的布置方向相对，三组相机(9)均与微型计算机(10)相连，用于记录并捕捉透明土试样(7)的三维演化过程，通过数字图像处理技术定量化分析整个演化过程，确定试样与流体的速度与加速度演化过程并据此评估试样受力状态；所述的微型计算机(10)用于控制高性能伺服电机(2)、激光发射器(8)与相机(9)的工作与多种模式的转换，以及采集伺服电机(2)与相机(9)的数据与图像。/n