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专利号: 2023101255986
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 水利工程;基础;疏浚
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种海洋基础全寿命周期埋置深度监测装置,其特征在于,包括海洋基础和埋置深度监测系统;

所述海洋基础包括顶盖和侧壁,顶盖和侧壁一体化成型围成圆柱体结构;所述海洋基础的外侧壁上设置有一条横向导轨和若干条竖向导轨,各竖向导轨沿海洋基础外侧壁的环向方向均匀分布,横向导轨套设于海洋基础上且与各竖向导轨交叉连接,横向导轨沿竖向导轨在海洋基础外侧壁上移动;

所述埋置深度监测系统包括水平仪、移动摄像机以及若干组埋置深度监测装置;所述水平仪设置于海洋基础顶盖的中心位置处,用于监测海洋基础的倾斜程度;所述移动摄像机设置于海洋基础的外侧壁上,移动摄像机沿横向导轨在海洋基础的外侧壁上水平运动以及沿竖向导轨在海洋基础的外侧壁上竖直运动,用于监测埋置深度监测装置的水下工作状态;所述埋置深度监测装置与竖向导轨配套设置,包括升降装置、监测装置上部构件和监测装置下部构件;所述升降装置固定于海洋基础顶盖的边缘处,位于竖向导轨的上方,升降装置与监测装置下部构件相连接,用于控制监测装置下部构件沿竖向导轨在海洋基础的外侧壁上竖直运动;所述监测装置上部构件固定在竖向导轨的顶端,用于监测海洋基础顶部的水压;所述监测装置下部构件嵌设于竖向导轨上,用于监测海洋基础的自重沉贯深度、压力沉贯深度和冲刷深度。

2.根据权利要求1所述的一种海洋基础全寿命周期埋置深度监测装置,其特征在于,所述横向导轨和竖向导轨的外侧壁上均设置有凸起部,横向导轨的内侧壁上设置有与竖向导轨相配合的内凹槽,竖向导轨的凸起部嵌于横向导轨的内凹槽,用于连接横向轨道与竖向轨道;所述横向导轨外侧壁的凸起部上嵌设有移动摄像机,移动摄像机沿横向导轨和竖向导轨的凸起部移动。

3.根据权利要求1所述的一种海洋基础全寿命周期埋置深度监测装置,其特征在于,所述升降装置包括升降电机和连接绳,升降电机转轴的伸出端设置有转接部,转接部与连接绳的顶端固定连接,连接绳缠绕在转接部上,底端与监测装置下部构件相连接;

所述监测装置下部构件包括移动块和浮力仓,所述移动块的一侧向内凹陷形成嵌入槽,竖向导轨的凸起部嵌于移动块的嵌入槽内,移动块的另一侧固定有浮力仓,所述浮力仓上设置有吊环,吊环与连接绳的底端相连接,浮力仓的顶面设置有孔隙水压力传感器和上部压力传感器,孔隙水压力传感器用于监测海洋基础所处位置的水压,上部压力传感器用于监测监测装置下部构件上表面被砂土覆盖时的压力,浮力仓的底面设置有下部压力传感器,用于监测监测装置下部构件与海床之间的接触压力;所述浮力仓顶面与移动块上部相接处设置有上部楔形铲,浮力仓底面与移动块下部相接处设置有下部楔形铲,上部楔形铲和下部楔形铲均用于清除竖向轨道上的海洋附着生物。

4.根据权利要求3所述的一种海洋基础全寿命周期埋置深度监测装置,其特征在于,所述上部压力传感器与下部压力传感器之间预设有压力差值,当下部压力传感器的压力值大于上部压力传感器的压力值,且下部压力传感器与上部压力传感器之间的压力差值为预设的压力差值时,监测装置下部构件与海床平面相接触,监测装置下部构件处于正常工作状态。

5.根据权利要求4所述的一种海洋基础全寿命周期埋置深度监测装置,其特征在于,所述埋置深度监测系统中设置有六组埋置深度监测装置。

6.一种海洋基础自重沉贯深度的监测方法,其特征在于,采用如权利要求1 5中任一所~

述的海洋基础全寿命周期埋置深度监测装置,具体包括以下步骤:

步骤1,将埋置深度监测系统安装于海洋基础上,将海洋基础沉入海床平面,使得海洋基础在自重作用下贯入海床中,海洋基础自重沉贯过程中,利用水平仪实时监测海洋基础的倾斜程度,并根据水平仪测量的倾斜角度调整海洋基础,保证海洋基础垂直贯入海床;

步骤2,海洋基础自重沉贯结束后,开启升降装置,利用升降电机缓慢下放连接绳,控制监测装置下部构件沿竖向导轨从海洋基础的顶端缓慢下沉,监测装置下部构件与海洋基础发生相对运动,监测装置下部构件下沉过程中,实时获取孔隙水压力传感器、上部压力传感器和下部压力传感器所测量的压力值,当下部压力传感器的压力值大于上部压力传感器的压力值,且下部压力传感器与上部压力传感器之间的压力差值为预设的压力差值时,表明监测装置下部构件已下沉到海床平面处,监测装置下部构件与海床平面相接触且处于正常工作状态,关闭升降装置;

步骤3,实时获取监测装置上部构件和孔隙水压力传感器的压力值,得到监测装置下部构件处于正常工作状态时监测装置上部构件与孔隙水压力传感器之间的水压力差,计算海洋基础位于海床平面上方的高度,确定自重作用下海洋基础贯入海床的深度;

所述步骤2 步骤3中,始终利用移动摄像头对海洋基础进行监控,通过控制移动摄像头~

沿横向导轨和竖向导轨在海洋基础外侧壁上运动,监控监测装置下部构件在水下的工作状态。

7.一种海洋基础压力沉贯深度的监测方法,其特征在于,采用如权利要求1 5中任一所~

述的海洋基础全寿命周期埋置深度监测装置,具体包括以下步骤:

步骤1,将埋置深度监测系统安装于海洋基础上,将海洋基础沉入海床平面,对海洋基础进行压力沉贯,在外部压力的作用下海洋基础的埋置深度逐渐增加,监测装置下部构件沿竖向导轨静置于海床表面;

步骤2,海洋基础压力沉贯过程中,利用水平仪实时监测海洋基础的倾斜程度,并根据水平仪测量的倾斜角度调整海洋基础,保证海洋基础垂直贯入海床,同时,监测装置下部构件与海洋基础发生相对运动,开启升降装置,利用升降电机缓慢收起连接绳,实时获取孔隙水压力传感器、上部压力传感器和下部压力传感器所测量的压力值;

当下部压力传感器与上部压力传感器之间的压力差值大于预设的压力差值时,监测装置下部构件沉入海床平面内处于入泥状态,当下部压力传感器与上部压力传感器之间的压力差值等于预设的压力差值时,监测装置下部构件与海床平面相接触处于正常工作状态;

当监测装置下部构件处于入泥状态或正常工作状态时,利用升降装置继续收起连接绳;

当下部压力传感器与上部压力传感器之间的压力差值恰好小于预设的压力差值时,此时监测装置下部构件刚刚脱离海床平面处于恰好脱离的状态,此时监测装置下部构件不接触海床平面,关闭升降装置,停止收起连接绳;

通过控制升降装置将监测装置下部构件由入泥状态或正常工作状态转变为恰好脱离的状态,随着海洋基础压力沉贯的进行,持续将监测装置下部构件由恰好脱离的状态转变为入泥状态或正常工作状态,监测装置下部构件调整过程中配合利用升降装置收起或停止收起连接绳,使得连接绳始终处于紧绷状态;

步骤3,实时获取监测装置上部构件和孔隙水压力传感器的压力值,得到监测装置下部构件处于正常工作状态时监测装置上部构件与孔隙水压力传感器之间的水压力差,计算海洋基础位于海床平面上方的高度,确定压力作用下海洋基础贯入海床的深度;

所述步骤2 步骤3中,始终利用移动摄像头对海洋基础进行监控,通过控制移动摄像头~

沿横向导轨和竖向导轨在海洋基础外侧壁上运动,监控监测装置下部构件在水下的工作状态。

8.一种海洋基础冲刷深度的监测方法,其特征在于,采用如权利要求1 5中任一所述的~

海洋基础全寿命周期埋置深度监测装置,具体包括以下步骤:

步骤1,待海洋基础压力沉贯结束后,将监测装置下部构件静置于海床表面,且监测装置下部构件靠近与海洋基础外侧壁的顶端;

步骤2,受海水冲刷作用的影响,海洋基础周围形成冲刷坑,使得海洋基础的埋置深度减小,当海洋基础周围形成冲刷坑时,监控监测装置下部构件底部缺少土体支撑,此时上部压力传感器与下部压力传感器的压力值相等;

步骤3,开启升降装置,利用升降电机缓慢下放连接绳,控制监测装置下部构件沿竖向导轨缓慢下沉,监测装置下部构件与海洋基础发生相对运动,监测装置下部构件下沉过程中,实时获取孔隙水压力传感器、上部压力传感器和下部压力传感器所测量的压力值,当下部压力传感器的压力值大于上部压力传感器的压力值,且下部压力传感器与上部压力传感器之间的压力差值为预设的压力差值时,表明监测装置下部构件已下沉至冲刷后的海床泥面处,监测装置下部构件处于正常工作状态,同时,利用水平仪实时监测海洋基础的倾斜程度;

步骤4,当海洋基础未发生倾斜时,实时获取监测装置上部构件和孔隙水压力传感器的压力值,得到监测装置下部构件处于正常工作状态时监测装置上部构件与孔隙水压力传感器之间的水压力差,计算海洋基础位于海床平面上方的高度,确定垂直状态下海洋基础的冲刷深度;当海洋基础发生倾斜时,根据水平仪测量的倾斜角度,结合监测装置上部构件与孔隙水压力传感器之间的水压力差,确定倾斜状态下海洋基础的冲刷深度;

步骤5,根据海洋基础上各埋置深度监测装置处的冲刷深度,得到沿海洋基础环向方向不同位置处的冲刷深度;

所述步骤2 步骤5中,始终利用移动摄像头对海洋基础进行监控,通过控制移动摄像头~

沿横向导轨和竖向导轨在海洋基础外侧壁上运动,监控监测装置下部构件在水下的工作状态。