地形自适应重力群锚

本发明属于锚固，涉及一种地形自适应重力群锚。

背景技术：

1、锚固基础是海洋结构物的重要组成部分，重力锚(一般指单锚块)的承载力主要由自重下锚底与锚底部土壤的摩擦力来提供，因此重力锚可以适用的地质条件广泛，且无需详细的勘察资料。因而在复杂的地质条件与海洋环境下，重力锚是较为合理的锚固选择。

2、但现有重力锚(单个锚)存在如下问题：(1)地形适应能力差与锚固效率低的问题。如当重力锚作用在孤石结构上，由于受力集中易导致重力锚的破坏；当单锚重力锚作用在起伏地形时，锚块与锚底土壤接触不均匀而导致锚的承载力降低；在倾斜海底应用重力锚时，由于重力锚的承载力由摩擦力提供，而摩擦力还需抵抗锚块重力引起的下滑力，因此锚固效率大幅度降低；(2)稳定性问题。当海床为软弱地层时，软弱地层的不均匀沉降易导致结构物倾斜，进而引起扭矩的降低，从而对海洋结构物的稳定性产生重大威胁。由于现有重力锚存在诸多问题，因此，亟待研发一种应用地形条件广泛、稳定性强、锚固效率高的重力锚。

3、与大体积单锚相比，体积较小的重力群锚结构比表面积更大，因而提供的摩擦力(承载力)更大，锚固效率更高；有较大的系统安全冗余，在孤石结构、起伏海床等复杂地形，单个或几个锚块的失效，对整个群锚结构锚固效率与稳定性的影响不大。因此重力群锚结构解决了地形适应能力差、重力锚锚固效率低和稳定性差的问题。

4、重力锚(一般指单锚块)即重块锚，一般由碎金属、钢块、混凝土或其他高密度材料制成。其承载力主要由自重下锚底与锚底部土壤的摩擦力来提供，因而重力锚的锚固能力与锚块重量密切相关。重力锚的结构形式由简单到复杂依次为：铅垂式、蹲块式、铁轨式、带剪力键混凝土板式、开放框架四角加重式、蘑菇式、楔形式、斜裙板式、高水平承载力式、自由下落式。结构类型越复杂，锚固效率越高，但锚的综合成本就会越高。

5、总体来讲，对于现有的重力锚，无论其结构形式简单与否，都具备大体积、大重量、单锚块的特征。

6、技术缺点1：与结构形式简单的重力锚相比，重力锚的复杂结构形式可以提高锚固性能，但其提升能力非常有限，这与重力锚的锚固机理有关。重力锚的锚固力本质上锚底与土壤之间的摩擦力，因而增大锚土之间的接触面积可增大摩擦力，进而提升锚固能力。这也是复杂结构较简单结构形式的重力锚，锚固性能会有所提升的原因。针对该缺点的解决方案：采用重力群锚的结构形式，单个锚块体积较小、重量较轻，通过锚链连接成网络式群锚结构，进而增大了整体锚群结构的比表面积，此外，锚群的重量也远大于单个大锚块的重量。因而能够大幅度提升锚固效率。

7、技术缺点2：海底地形复杂，如倾斜海底、起伏海底、孤石结构等，单个大体积重力锚的锚固效率将会显著减小，体现出了地形适应能力较差。针对该缺点的解决方案：而网络式群锚结构则展现出了强大的适应能力，一个或几个锚块的失效，对整个重力锚群的锚固性能影响较小。

8、技术缺点3：当海底地形性复杂时，抛掷海底的重力锚容易倾覆，进而基本丧失其锚固能力。针对该缺点的解决方案：而网络式群锚结构的安全冗余空间更大，单个或几个锚块的倾覆，对锚固能力产生了一定的影响，但不会造成锚固能力的丧失。

9、现有重力锚多为大重量、大体积、单锚块，通过一个锚块将需要锚固的装置进行锚固。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种地形自适应重力群锚，克服现有重力锚锚固效率低，地形自适应能力差、稳定性低的问题。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种地形自适应重力群锚，包括重力群锚以及连接在所述重力群锚上的由柔性材料制成的主锚链；所述重力群锚包括若干个重力锚块；所述主锚链包括至少一根，与所述重力锚块相连，在锚固时通过分散设置的所述重力锚块适应海床的地形。

4、可选的，所述主锚链包括至少两根锚链，分别连接在不同的所述重力锚块上。

5、可选的，相邻的所述重力锚块之间连接有锚链。

6、可选的，所述重力锚块呈矩阵形式布置，同列内相邻的所述重力锚块之间通过经锚链相连。

7、可选的，所述重力锚块呈矩阵形式布置，同行内相邻的所述重力锚块之间通过纬锚链相连。

8、可选的，与所述主锚链相连的所述重力锚块上设置吊耳。

9、可选的，所有所述重力锚块上均设置吊耳。

10、可选的，所述吊耳为u型吊耳，其两端固定在所述重力锚块上。

11、可选的，部分或全部所述重力锚块底部设置用于增加锚固能力的剪力键。

12、可选的，所述剪力键为8键剪力键。

13、本发明的有益效果在于：

14、本方案的创新点在于集群型重力锚结构。与大体积单锚块相比，单个锚块体积较小的重力群锚结构的比表面积大幅度提高，与锚底部土壤的接触面积更大，提高了重力锚的锚固能力。此外，重力群锚结构解决了大体积重力单锚地形适应性差的问题，如在倾斜海底、起伏海床、孤石结构等地形，单个或几个重力锚块的失效，不会引起群锚结构的整个稳定和锚固性能。

15、本方案中的锚块与海床相互作用，通过剪力键适应海床地形，提高稳定性。本发明从重力锚锚固机理的角度出发，即重力锚的锚固力主要来源于锚底与锚底部土壤的摩擦力。因此，可从两个方面提升重力锚的锚固能力：(1)重力锚的质量；(2)重力锚与土壤的接触面积。与大锚块相比，重力群锚的质量与比表面积均有大幅度的提高，从而大幅度提高了重力锚的锚固能力。因此重力群锚从根源上解决了重力锚锚固效率低的缺点。

16、网络式群锚结构自身具备一定的冗余能力，即一个或几个单锚快的失效，对整体群锚结构的性能影响不大。如针对复杂的海底地形的锚固、将重力锚抛掷到复杂海底地形，网络式群锚结构展现出了强大的地形适应能力。

17、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种地形自适应重力群锚，其特征在于：包括重力群锚以及连接在所述重力群锚上的由柔性材料制成的主锚链(1)；所述重力群锚包括若干个重力锚块(2)；

2.根据权利要求1所述的地形自适应重力群锚，其特征在于：所述主锚链(1)包括至少两根锚链，分别连接在不同的所述重力锚块(2)上。

3.根据权利要求1所述的地形自适应重力群锚，其特征在于：相邻的所述重力锚块(2)之间连接有锚链。

4.根据权利要求1所述的地形自适应重力群锚，其特征在于：所述重力锚块(2)呈矩阵形式布置，同列内相邻的所述重力锚块(2)之间通过经锚链(22)相连。

5.根据权利要求1所述的地形自适应重力群锚，其特征在于：所述重力锚块(2)呈矩阵形式布置，同行内相邻的所述重力锚块(2)之间通过纬锚链(23)相连。

6.根据权利要求1所述的地形自适应重力群锚，其特征在于：与所述主锚链(1)相连的所述重力锚块(2)上设置吊耳(21)。

7.根据权利要求1所述的地形自适应重力群锚，其特征在于：所有所述重力锚块(2)上均设置吊耳(21)。

8.根据权利要求6或7所述的地形自适应重力群锚，其特征在于：所述吊耳(21)为u型吊耳(21)，其两端固定在所述重力锚块(2)上。

9.根据权利要求1所述的地形自适应重力群锚，其特征在于：部分或全部所述重力锚块(2)底部设置用于增加锚固能力的剪力键。

10.根据权利要求9所述的地形自适应重力群锚，其特征在于：所述剪力键为8键剪力键。

技术总结
本发明涉及一种地形自适应重力群锚，属于锚固技术领域。包括锚块、主锚链、经锚链、纬锚链、U型吊耳。锚群纵向的重力锚块通过经锚链连接，横向的重力锚块通过纬锚链连接，从而将单个重力锚块连接成网络式重力锚群。重力锚块上部中心处配置U型吊耳，主锚链通过U型吊耳与被锚物体连接。本发明克服了现有重力锚锚固效率低，地形自适应能力差、稳定性低的问题。与大锚块相比，重力群锚的质量与比表面积均有大幅度的提高，从而大幅度提高了重力锚的锚固能力。因此重力群锚从根源上解决了重力锚锚固效率低的缺点。

技术研发人员：董彤,张天宇,陈晓,张亚君,魏丽娟,朱海峰,房雨雨
受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院国防工程研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/10/10