一种模拟海底动水压力波的海底斜坡模型箱

本发明涉及海洋地质灾害防灾减灾，特别涉及一种模拟海底动水压力波的海底斜坡模型箱。

背景技术：

1、我国海洋工程建设及海洋能源开发逐渐从浅海走向深海，海洋工程建设蓬勃发展，而海底滑坡往往规模巨大，致灾效应显著，是未来海洋工程活动需要规避的一类重要海洋地质灾害。地震是海底滑坡最重要的触发因素之一，近年来，模型试验已逐渐成为其主要模拟研究手段，主要通过振动台模型箱试验进行。

2、关于陆地岩质滑坡与土质滑坡试验，相关模型箱的制作已较为成熟，近些年开展的海底滑坡试验也大多为陆地斜坡模型箱的直接沿用。然而，在自然海洋环境中，上覆海水对斜坡的作用不可忽视。已有研究表明，地震动从海底地层传播至海水层时，由于海水与土体的压缩性差异会在水体产生压缩波浪能，从而产生动水压力波。常规试验忽视由于水的压缩性导致的土-水交界面地震波传播转变，不能精准符合实际工况。因此，有必要设计一种能在模型箱底部激发动水压力波的装置，创造更符合实际自然环境的海底斜坡试验箱。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中存在的问题，本发明提出了一种模拟海底动水压力波的海底斜坡模型箱。该模型箱可在水体底部激发动水压力波，模拟更为真实的海底场地，为海洋地质防灾减灾领域中地震触发海底斜坡相关研究提供试验技术支持。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种模拟海底动水压力波的海底斜坡模型箱，包括海底斜坡模型室和动力设备室，海底斜坡模型室和动力设备室通过隔板分隔，海底斜坡模型室内设置有动水压力波装置，动力设备室内设置有重物下降装置，其中：

4、所述海底斜坡模型室装水，左侧端部堆载海底斜坡模型，右侧设置隔板；海底斜坡模型室正面与背面为焊接透明亚克力板，可从正面或背面观察斜坡的形态；

5、所述隔板用于分隔有水与无水环境；

6、所述重物下降装置位于动力设备室中，顶部由两根固定架横梁架设在动力设备室的正面与背面，底部通过固定平板锚固在动力设备室底；

7、所述动水压力波装置与重物下降装置通过钢索连接，用于产生动水压力波。

8、优选地，所述动水压力波装置包括横梁、抬升滑轮、抬升钢索、击水板槽。所述动水压力波装置通过横梁固定架设在透明亚克力板上；所述抬升滑轮焊接于横梁中部；所述击水板槽四壁较高，中部较低，呈凹槽状；所述抬升钢索上端缠绕在抬升滑轮中央，下端分成四股系在击水板槽四角。

9、优选地，所述重物下降装置包括下降钢索、下降滑轮、固定架、拉力弹簧、磁吸钢板、电磁铁、臂杆、承重板、承重架、承重转轴；

10、其中所述固定架包括固定架竖梁、固定架横梁、固定架滑轮梁、固定平板；所述固定平板有四块，采用螺栓锚固于动力设备室底部，固定平板分别与四根固定架竖梁焊接；所述固定架横梁共两条，每条固定架横梁的两头分别焊接于两根固定架竖梁顶部，所述固定架滑轮梁焊接于固定架横梁中心，并在中部预留开口焊接下降滑轮。

11、进一步的，所述承重架共四对，分别焊接于四块固定平板上，且位于固定架竖梁安装点的内侧，承重架顶部开孔，每对承重架之间装设承重转轴；所述承重转轴卡入承重架顶部孔中；所述臂杆下部开孔，承重转轴穿过该孔，作为臂杆的杠杆支点与转动的转轴；臂杆顶部焊接磁吸钢板，臂杆下部带钩状凸起，通过钩状凸起支撑住承重板；所述磁吸钢板两两相对，每一对中有一面安装电磁铁，通电瞬间可吸附相对的磁吸钢板，并带动臂杆绕承重转轴转动，使臂杆底部钩状突起与承重板分离，承重板随即下落；所述拉力弹簧两头分别接于臂杆上部与固定架竖梁上部，拉住臂杆，电磁铁未通电时臂杆下部钩状突起牢牢扣住承重板底部。

12、进一步的，所述下降滑轮焊接于固定架滑轮梁中部；所述下降钢索一端连接抬升钢索，一端环绕下降滑轮并钻入承重板中心；承重板的下落运动带动下降钢索，作为动水压力波装置的动力来源。。

13、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

14、本发明提出了一种模拟海底动水压力波的海底斜坡模型箱。对比于陆地滑坡模型箱，该模型箱应用于海洋地质防灾减灾领域中地震触发海底斜坡相关研究时，可在水体底部激发动水压力波，模拟更为真实的海底地震场地土-水地层界面的波传递；本发明机械构造简单，设备分区明确，避免了在水底设置电路装备面临的防水密封性问题。动水压力波装置的击水板槽尺寸根据试验工况可方便更换，动力由事先堆载重物的承重板重力势能提供，无须抬升电机。释放时机由电磁铁通电/断电控制，可满足不同试验工况关键时间节点中动水压力波的激发。

技术特征：

1.一种模拟海底动水压力波的海底斜坡模型箱，其特征在于，包括海底斜坡模型室（100）和动力设备室（200），海底斜坡模型室（100）和动力设备室（200）通过隔板（103）分隔，海底斜坡模型室（100）内设置有动水压力波装置（4），动力设备室（200）内设置有重物下降装置（3），其中：

2.如权利要求1所述的一种模拟海底动水压力波的海底斜坡模型箱，其特征在于，所述动水压力波装置（4）包括：横梁（41）、抬升滑轮（42）、抬升钢索（43）、击水板槽（44）。所述动水压力波装置（4）通过横梁（41）固定架设在透明亚克力板（101）上；所述抬升滑轮（42）焊接于横梁（41）中部；所述击水板槽（44）四壁较高，中部较低，呈凹槽状；所述抬升钢索（43）上端缠绕在抬升滑轮（42）中央，下端分成四股系在击水板槽（44）四角。

3.如权利要求1所述的一种模拟海底动水压力波的海底斜坡模型箱，其特征在于，所述重物下降装置（3）包括：下降钢索（31）、下降滑轮（32）、固定架（33）、拉力弹簧（34）、磁吸钢板（35）、电磁铁（351）、臂杆（36）、承重板（37）、承重架（38）、承重转轴（381）；

技术总结本发明公开了一种模拟海底动水压力波的海底斜坡模型箱，包括海底斜坡模型室、动水压力波装置、动力设备室、重物下降装置。本发明通过重物下降装置抬升动水压力波装置组件，可击打模型箱底水体，激发模拟海底地震引发断层错动产生的动水压力波，进而实现地震过程中海底斜坡周边的真实海洋水环境模拟；本发明结构简单，驱动力仅由重物堆载提供，同时可手动遥控动水压力波激发时机，提供更符合实际工况且易于观察结果的室内海底斜坡试验条件。技术研发人员：李尉,毛无卫,李超,杨阳,郑虎,黄雨受保护的技术使用者：同济大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27