一种滩浅海沉积物强度原位检测装置及方法，包括有充气装置与真空发生装置的控制船，设有贯入装置、液压装置的框架装置，该框架装置上的空气压力舱分别与充气装置和真空发生装置相连。空气压力舱是横截面为圆形的圆筒状皮囊且竖直设置，皮囊外还设有保护筒，保护筒表面设有排水孔，排水孔为椭圆形、V形或U形。其方法包括：框架装置由船拖至目标点位靠自重沉入海底，以液压贯入方式测试海床以下沉积物的强度，获得触探头强度测试参数，根据各层土的强度值划分测试点地层并定名，并确定滩浅海地基土的承载力和模量。本发明专利技术克服了大型调查船无法驶进的滩浅海区域进行海底沉积物强度原位测试的不足，可重复在不同海底区域进行地质勘测，大大降低了成本，提高了效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海洋地质勘测领域，尤其涉及。
技术介绍
滩浅海地区主要指沿海滩涂、潮间带以及浅海地带，水深范围主要在0-10米，其具有重要的科研与经济价值，目前已经成为中国石油勘探开发的重要阵地。对滩浅海沉积物强度进行原位测试，可以大大减少海洋工程勘察中钻孔的数量，提高工程勘察的质量与精度，经济效益明显，使海洋工程地质评价勘测周期也大为缩短。随着开发海洋油气资源的持续进行，沉积物强度原位测试技术将被普遍应用于滩浅海油气开发区的工程地质调查。目前，用于海上作业的海底沉积物强度原位测试技术在国外已非常成熟，并已广泛应用于海上工程领域，主要靠在配有吊车或A型吊架的调查船只上使用静力触探设备或结合钻探来实现。但是这些海底静力触探设备对载体(调查船)及钻探设备的要求较高，探测深度大的测试设备一般要求装载在大吨位的调查船上或钻井平台上，因此触探设备的可移植性较差，无法在滩浅海地区使用，且设备的造价昂贵，使用成本高。而在国内，海上作业的沉积物强度原位测试技术还未被广泛采用，且主要靠购进或者租借国外的仪器设备，而适合于滩浅海区沉积物强度原位测试的设备则更加少见。因此为了了解滩浅海地区海底沉积物强度及地层变化情况，现阶段一般采用大量的钻探、取样和室内实验来替代，以满足我国日益增长的滩浅海油气开发的工程建设勘查需要。经过现有的技术文献检索发现，中国水下岩土触探设备及水下岩土勘探方法，专利申请号200910244129.6，该专利技术虽提出了一种可在不同尺度深水中进行岩土工程勘测的水下岩土静力触探设备以及采用该设备的水下岩土勘探方法，在一定程度上解决了海底强度原位测试时触探设备可移植性差的问题。但该方法涉及的仪器体积大，重量大，必须用大船进行装载，仅适用于深海的海底工程地质勘查。所以，在滩浅海沉积物强度原位测试技术方面，我国目前仍然没有拥有自己独立知识产权的技术和设备，这也一直是我国滩浅海地区资源开采平台、油气输送管线及海下电缆铺设、港口、海岸基础设施等工程建设中的瓶颈技术难题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足或缺陷，提供，使其可在滩浅海环境下对海底沉积物进行连续贯入强度测试。一种滩浅海沉积物强度原位检测装置，包括装有控制装置的控制船，以及由控制船进行控制的水下部分，其特征在于所述的控制船上还有充气装置(7)与真空发生装置；所述的水下部分包括一个框架装置，该框架装置的底部中央设有贯入装置、顶部中央设有液压装置；且框架装置上还设有用于使水下部分从水底浮升至水面的空气压力舱；所述的充气装置与真空发生装置分别与空气压力舱相连接。另外，本专利技术的滩浅海沉积物强度原位检测装置还具有如下附加技术特征中的至少一个:上述空气压力舱是横截面为圆形的圆筒状皮囊，且所述的圆筒状皮囊竖直设置在框架装置上。 上述圆筒状皮囊外还设有保护筒。上述保护筒表面设有排水孔。上述排水孔在保护筒表面的开孔率是底部1/6的表面为3个/dm2、顶部1/6的表面为I个/dm2，底部至顶部之间的2/3的表面开孔率在I 3个/dm2之间。上述框架装置是一个长方形框架，且所述圆筒状皮囊设置在长方形框架的四角，且每个角的设有至少4个圆筒状皮囊；或者所述的长方形框架分为前中后三段，所述圆筒状皮囊设置在长方形框架的前段和后段，且前后两段的圆筒状皮囊数量相等。上述排水孔的形状为椭圆形；且椭圆形上半部设有朝向保护筒内部的导流罩。或者上述排水孔的形状为V形或U形；且所述的V形或U形的排水孔处设有朝向所述的保护筒内部的导流罩。上述的贯入装置，包括至少一个可续触探杆、用于可续触探杆的容纳和导向的触探杆容纳舱、用于推进可续触探杆的触探杆推进舱、与触探杆容纳舱相连接的触探杆下夹持装置、与触探杆推进舱相连接的触探杆上夹持装置、可续触探杆下端的触探头，以及用于将触探杆推进舱的位移数据准确上传至控制装置的位移传感器，和用于为可续触探杆实际贯入深度定距离线性适时计数发讯，上传至控制装置，触发强度参数的采集记录的触探深度发讯装置。上述的圆筒状皮囊，内部设置压力传感器，用来将气囊压力数据上传至控制装置。上述框架装置的前端还设有一个定向导流装置。上述空气压力舱的浮心高于框架装置高度的1/2。利用上述装置对滩浅海沉积物进行强度原位检测的方法，其特征在于包括以下步骤:I)用吊车将框架装置吊入水中，通过空气压力舱使框架装置50%以上的部分漂浮于水中，整个框架装置通过缆绳与控制船相连；2)控制船行至第一个待检测的滩浅海沉积物目标点位的正上方，根据工作水深和预定勘查沉积物深度情况连接可续触探杆至要求长度；3)在控制船上启动真空发生装置，通过向空气压力舱抽真空，使框架装置利用自重沉入海底；4)在控制船上将水下部分的数据线经其通讯接口连接于控制船上的控制装置，完成传感器检查、初始值设置和确认的程序任务；5)在控制船上通过控制装置启动液压装置，通过液压动力作用实现触探杆和触探头的连续下贯，触探头的锥尖阻力传感器、侧摩阻力传感器连续输出随深度变化的锥尖阻力、侧摩阻力和摩阻比的电信号，通过数据电缆实时传送到位于控制船上的控制装置，根据各层土的强度值划分测试点地层并定名，并确定滩浅海地基土的承载力和模量；6)到达预订深度，停止下贯，通过液压动力作用控制触探杆夹持装置和触探杆推进装置，实现触探杆和触探头的连续上提，至触探头离开海床面；7)在控制船上启动充气装置，通过向空气压力舱充气，使框架装置上浮，至整体的50%以上的部分漂浮于水中；8)控制船将水下部分拖行至下一个目标点位，重复步骤2)至7)直至完成所有目标点位的检测。与现有技术相比，本专利技术采用一种滩浅海沉积物强度原位测试方法，这种方法可用船在水中拖动原位测试设备并为整个设备供电。所述浮力生消装置可控制所述框架装置在水中的起落，既可使整个设备下沉到海底进行静力触探，又可在静力触探结束后使整个设备浮出水面。本专利技术克服了现有的能潜入水中的用于检测滩浅海沉积物的简易设备无法适应高强度、高效率检测的问题。本专利技术的工作水深范围为(TlOm，使用本专利技术的方法可以在大型调查船无法驶进的滩浅海区域进行海底沉积物强度原位测试，可以大大提高工作效率。使用本专利技术的方法还可以多次、重复在不同海底区域进行地质勘测，大大降低了工作总成本。实践证明本专利技术是一种简单有效且测试精度准确可靠的滩浅海原位测试方法，勘查测试海底沉积物深度为10m，能够满足滩浅海地区气资源开采平台、油气输送管线及海下电缆铺设、港口、海岸基础设施建设中的勘探深度要求。附图说明图1是本专利技术的总体结构示意图。图2是本专利技术的水下部分的结构示意图。图3是本专利技术的水下部分的俯视图(图中不含贯入装置与液压装置)。图4是本专利技术的空气压力舱的结构示意图。图5是本专利技术的保护筒的结构示意图。图6是本专利技术的保护筒的排水孔的示意图；其中，图6A是椭圆形排水孔，图6B是V形排水孔，图6C是U形排水孔。图7是本专利技术的贯入装置的结构示意图。图8是本专利技术的控制装置的结构框图。图9是本专利技术的检测方法的流程框图。图10是本专利技术的一个滩浅海沉积物强度原位检测曲线图(海底沉积物强度原位检测结果曲线)。其中，1、框架装置，2、空气压力舱，21、充气排气管，22、圆筒状皮囊，23、保护筒，24、排水孔，25、导流罩，3、贯入装置，31、可续触探杆，32、触探杆容纳舱，33、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种滩浅海沉积物强度原位检测装置，包括装有控制装置(5)的控制船(6)，以及由控制船(6)进行控制的水下部分，其特征在于所述的控制船(6)上还有充气装置(7)与真空发生装置(8)；所述的水下部分包括一个框架装置(1)，该框架装置(1)的底部中央设有贯入装置(3)、顶部中央设有液压装置(4)；且框架装置(1)上还设有用于使水下部分从水底浮升至水面的空气压力舱(2)；所述的充气装置(7)与真空发生装置(8)分别与空气压力舱(2)相连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：贾永刚，刘晓磊，郑杰文，单红仙，郭磊，郭腾飞，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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