一種模擬深水吸力錨負(fù)壓安裝的試驗(yàn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及海洋工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種模擬深水吸力錨負(fù)壓安裝的試驗(yàn)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)場應(yīng)用中，吸力錨的負(fù)壓安裝原理是利用泵從錨體內(nèi)向外抽水形成負(fù)壓，在吸力錨頂蓋上下表面之間產(chǎn)生壓差，當(dāng)壓差大于土體對吸力錨的阻力(側(cè)摩阻力和端阻力之和)時(shí)，利用環(huán)境壓力驅(qū)動吸力錨貫入到指定深度。
[0003]在不考慮吸力錨耐壓和土體破壞的情況下，可施加的最大安裝負(fù)壓為錨體內(nèi)靜水壓力與當(dāng)前條件下水的空化壓力之差。因此，吸力錨安裝現(xiàn)場的水深越深則可以利用的負(fù)壓壓差越大。所以只要加強(qiáng)吸力錨的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度防止吸力錨壁面屈曲，同時(shí)增加初始入泥深度避免內(nèi)部土塞破壞，就可以用高于大氣壓力值的壓差進(jìn)行安裝。
[0004]傳統(tǒng)的室內(nèi)Ig模型安裝試驗(yàn)通常采用和工程現(xiàn)場相同的安裝原理，通過用泵從錨體內(nèi)向外抽水來形成壓差。這種方法存在兩個(gè)不足之處:由于泵的流量和模型體積的限制，泵的流量波動對縮比模型的影響較大，會造成試驗(yàn)結(jié)果波動；室內(nèi)試驗(yàn)裝置的水深通常較小，所以能夠施加的安裝負(fù)壓有限，無法提供足夠的壓力完成在密砂和硬粘土中的負(fù)壓安裝。
[0005]因此存在對現(xiàn)有的模擬深水吸力錨負(fù)壓安裝的試驗(yàn)裝置及方法的改進(jìn)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本申請的目的是提供一種模擬深水吸力錨負(fù)壓安裝的試驗(yàn)裝置。
[0007]本申請所提供的模擬深水吸力錨負(fù)壓安裝的試驗(yàn)裝置，包括:土筒、吸力錨模型、外部加壓裝置及抽氣裝置；
[0008]所述土筒的底部有土層，土層上覆蓋有水，所述土筒的頂部封閉，并且頂部與水之間形成有密閉空間；
[0009]所述吸力錨模型呈頂部封閉、底部開放的中空狀，并且吸力錨模型的頂部位于所述土筒的水中，底部插入土筒的土層中，吸力錨模型與土筒的土層之間形成有密閉空間；
[0010]所述外部加壓裝置通過管道與所述土筒頂部的密閉空間連通；以及
[0011]所述抽氣裝置通過管道與所述吸力錨模型的密閉空間連通。
[0012]在一些實(shí)施方式中，所述外部加壓裝置為空氣壓縮機(jī)或高壓水泵。
[0013]優(yōu)選地，所述空氣壓縮機(jī)為高壓空氣壓縮機(jī)。
[0014]在一些實(shí)施方式中，所述抽氣裝置為真空泵。
[0015]在一些實(shí)施方式中，所述土筒的頂部設(shè)置有壓力表，并且所述壓力表與土筒頂部的密閉空間連通。
[0016]在一些實(shí)施方式中，所述連通抽氣裝置與吸力錨模型的密閉空間的管道上設(shè)置有壓力表。
[0017]在一些實(shí)施方式中，所述試驗(yàn)裝置進(jìn)一步包括支撐裝置，所述外部加壓裝置和所述抽氣裝置設(shè)置在所述支撐裝置上。
[0018]本申請的另一目的是提供一種模擬深水吸力錨負(fù)壓安裝的試驗(yàn)方法。
[0019]本申請所提供的模擬深水吸力錨負(fù)壓安裝的試驗(yàn)方法，基于本申請所提供的模擬深水吸力錨負(fù)壓安裝的試驗(yàn)裝置。所述方法包括:
[0020]利用靜載使所述吸力錨模型壓貫至所述土筒的土層中；
[0021]利用所述外部加壓裝置向土筒內(nèi)部施加壓力，使吸力錨模型進(jìn)行負(fù)壓安裝，直至吸力錨模型達(dá)到設(shè)定深度，完成負(fù)壓安裝。
[0022]在一些實(shí)施方式中，所述靜載通過開動所述抽氣裝置抽取吸力錨模型內(nèi)部的空氣形成。
[0023]在一些實(shí)施方式中，所述利用靜載使所述吸力錨模型壓貫至所述土筒的土層中，包括:所述利用靜載使所述吸力錨模型壓貫至土層中的深度為吸力錨模型的長度的10%?20%。
[0024]本申請所提供的模擬深水吸力錨負(fù)壓安裝的另一種試驗(yàn)方法，基于本申請所提供的土筒的頂部設(shè)置有壓力表的模擬深水吸力錨負(fù)壓安裝的試驗(yàn)裝置。所述方法包括:
[0025]利用靜載使所述吸力錨模型壓貫至所述土筒的土層中；
[0026]利用所述外部加壓裝置向土筒內(nèi)部施加壓力，使吸力錨模型進(jìn)行負(fù)壓安裝，直至吸力錨模型達(dá)到設(shè)定深度，完成負(fù)壓安裝。
[0027]測定負(fù)壓安裝過程中土筒頂部的密閉空間的壓強(qiáng)和吸力錨模型的入土深度。
[0028]在一些實(shí)施方式中，所述方法進(jìn)一步包括:
[0029]測定負(fù)壓安裝過程中所述土筒中土層的隆起高度。
[0030]本申請模擬深水吸力錨負(fù)壓安裝的試驗(yàn)裝置通過在外部加壓來代替內(nèi)部減壓，避免了現(xiàn)有試驗(yàn)裝置受抽水泵流量和模型體積限制的影響，解決了室內(nèi)試驗(yàn)裝置因水深較小而無法提供足夠的安裝壓力的問題，提供了一種較大范圍的壓差模擬試驗(yàn)。
【附圖說明】
[0031]圖1為本申請模擬深水吸力錨負(fù)壓安裝的試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本申請的技術(shù)方案進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
[0033]請參閱圖1所示，本申請模擬深水吸力錨負(fù)壓安裝的試驗(yàn)裝置包括土筒1、吸力錨模型2、外部加壓裝置3、抽氣裝置4及支撐裝置5，并且所述外部加壓裝置3及所述抽氣裝置4設(shè)置在所述支撐裝置5上。
[0034]所述土筒I的底部有土層，土層上覆蓋有水，土筒I的頂部封閉，以使土筒I的頂部與水之間形成有密閉空間，并且土筒I的頂部上設(shè)置有一連通所述密閉空間的壓力表，以監(jiān)控土筒I的密閉空間內(nèi)的壓力；所述吸力錨模型2呈頂部封閉、底部開放的中空狀，其頂部位于土筒I的水中，底部插入土筒I的土層中，吸力銷模型2與土筒I的土層之間形成有密閉空間；所述外部加壓裝置3通過管道與土筒I頂部的密閉空間連通；所述抽氣裝置4通過管道與吸力錨模型2的密閉空間連通，并且管道上設(shè)置有壓力表以監(jiān)控吸力錨模型2的密閉空間內(nèi)的壓力，根據(jù)土筒I的密閉空間內(nèi)的壓力和吸力錨模型2的密閉空間的壓力可以監(jiān)控吸力錨模型2的內(nèi)外壓差。在本實(shí)施例中，外部加壓裝置3為空氣壓縮機(jī)，其通過管道向土筒I內(nèi)通壓縮氣體，抽氣裝置4為真空泵。
[0035]進(jìn)行負(fù)壓安裝前，首先開動所述抽氣裝置4抽取吸力錨模型2內(nèi)部的空氣，使吸力錨模型2內(nèi)外形成壓差，吸力錨模型2便開始慢慢向土筒I的土層內(nèi)下沉，下沉的深度大約為其長度的10%?20%，以保證負(fù)壓安裝時(shí)吸力錨模型2與所述土筒I的土層之間保持一個(gè)密閉空間。然后，利用外部加壓裝置3不斷向土筒I內(nèi)部輸送壓縮氣體而在吸力錨模型2外形成較高的壓力，吸力錨模型2利用內(nèi)外壓差進(jìn)行負(fù)壓安裝，直至吸力錨模型2達(dá)到設(shè)定深度，完成負(fù)壓安裝。
[0036]通過測量所述土筒I內(nèi)的壓力，根據(jù)吸力錨模型2的橫截面積即可以計(jì)算吸力錨模型2的安裝阻力(安裝阻力=土筒I的密閉空間的壓強(qiáng)X吸力錨模型2的橫截面積，吸力錨模型2的重力忽略不計(jì))，并且根據(jù)吸力錨模型2的入土深度，來考察吸力錨模型2的安裝阻力隨入土深度的變化趨勢；在本實(shí)施例中，吸力錨模型2的入土深度通過設(shè)置在吸力錨模型2上的位移傳感器測定。將由本申請的試驗(yàn)裝置測定的安裝阻力與現(xiàn)有的靜載安裝阻力的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，可以研宄負(fù)壓安裝與靜載安裝這兩種安裝方式對安裝阻力的影響。同時(shí)，觀察安裝過程中的土體變化，并測定安裝完成后土層的隆起高度或者達(dá)到土體破壞的極限時(shí)的土層隆起高度。
[0037]本申請的試驗(yàn)裝置可以用來研宄負(fù)壓安裝過程中吸力錨的安裝阻力和吸力錨內(nèi)土層的變化情況，確定吸力錨負(fù)壓安裝的壓力控制準(zhǔn)則，為實(shí)際生產(chǎn)中的吸力錨安裝提供技術(shù)指導(dǎo)。
[0038]綜上所述，以上僅為本申請的兩種實(shí)施例而已，并非用于限定本申請的保護(hù)范圍。因此，凡在本申請的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種模擬深水吸力錨負(fù)壓安裝的試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括:土筒、吸力錨模型、外部加壓裝置及抽氣裝置； 所述土筒的底部有土層，土層上覆蓋有水，所述土筒的頂部封閉，并且頂部與水之間形成有密閉空間； 所述吸力錨模型呈頂部封閉、底部開放的中空狀，并且吸力錨模型的頂部位于所述土筒的水中，底部插入土筒的土層中，吸力錨模型與土筒的土層之間形成有密閉空間； 所述外部加壓裝置通過管道與所述土筒頂部的密閉空間連通；以及 所述抽氣裝置通過管道與所述吸力錨模型的密閉空間連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)裝置，其中，所述外部加壓裝置為空氣壓縮機(jī)或高壓水泵；優(yōu)選地，所述空氣壓縮機(jī)為高壓空氣壓縮機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)裝置，其中，所述抽氣裝置為真空泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的試驗(yàn)裝置，其中，所述土筒的頂部設(shè)置有壓力表，并且所述壓力表與土筒頂部的密閉空間連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的試驗(yàn)裝置，進(jìn)一步包括支撐裝置，所述外部加壓裝置和所述抽氣裝置設(shè)置在所述支撐裝置上。
6.一種模擬深水吸力錨負(fù)壓安裝的方法，所述方法基于權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括: 利用靜載使所述吸力錨模型壓貫至所述土筒的土層中； 利用所述外部加壓裝置向土筒內(nèi)部施加壓力，使吸力錨模型進(jìn)行負(fù)壓安裝，直至吸力錨模型達(dá)到設(shè)定深度，完成負(fù)壓安裝。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述靜載通過開動所述抽氣裝置抽取吸力錨模型內(nèi)部的空氣形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述利用靜載使所述吸力錨模型壓貫至所述土筒的土層中，包括:所述利用靜載使所述吸力錨模型壓貫至土層中的深度為吸力錨模型的長度的10%?20%。
9.一種模擬深水吸力錨負(fù)壓安裝的方法，所述方法基于權(quán)利要求4所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括: 利用靜載使所述吸力錨模型壓貫至所述土筒的土層中； 利用所述外部加壓裝置向土筒內(nèi)部施加壓力，使吸力錨模型進(jìn)行負(fù)壓安裝，直至吸力錨模型達(dá)到設(shè)定深度，完成負(fù)壓安裝； 測定負(fù)壓安裝過程中土筒頂部的密閉空間的壓強(qiáng)和吸力錨模型的入土深度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括測定負(fù)壓安裝過程中所述土筒中土層的隆起高度。
【專利摘要】本申請?zhí)峁┮环N模擬深水吸力錨負(fù)壓安裝的試驗(yàn)裝置，包括：土筒、吸力錨模型、外部加壓裝置及抽氣裝置。所述土筒的底部有土層，土層上覆蓋有水，所述土筒的頂部封閉，并且頂部與水之間形成有密閉空間；所述吸力錨模型呈頂部封閉、底部開放的中空狀，并且吸力錨模型的頂部位于所述土筒的水中，底部插入土筒的土層中，吸力錨模型與土筒的土層之間形成有密閉空間；所述外部加壓裝置通過管道與所述土筒頂部的密閉空間連通；以及所述抽氣裝置通過管道與所述吸力錨模型的密閉空間連通。本申請的試驗(yàn)裝置通過在外部加壓來代替內(nèi)部減壓，不受抽水泵流量、模型體積和水深限制，提供了一種較大范圍的壓差模擬試驗(yàn)。
【IPC分類】B63B9-00
【公開號】CN104802927
【申請?zhí)枴緾N201510209506
【發(fā)明人】張敬安, 韋卓, 李成鋼, 段夢蘭, 趙天奉, 王陽, 趙良美, 李思嘉, 孫成功
【申請人】中國海洋石油總公司, 中海油田服務(wù)股份有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月28日