一种基于导压式孔隙水压力测量系统的海床稳定评估方法及测量装置

本发明涉及一种基于导压式孔隙水压力测量系统的海床稳定评估方法及测量装置，属于海洋工程以及水利工程领域。

背景技术：

1、孔压测量是海洋工程和水利工程领域的科学研究中经常采用的研究手段，也是实际工程检测海床稳定，保障建筑物安全的重要手段。

2、孔压测量需要将测点布置在海床中，传统的孔压测量手段需要将孔压计整体埋入海床的沙土中，孔压计的设计原理主要是依据液体不可压缩原理，所谓的液体不可压缩原理指的是液体在受到压力时，其体积几乎不会发生任何变化。这个原理在孔压计中的应用主要体现在传感器的膜片上。传感器膜片中心有一个扰曲引起钢弦应力发生变化，钢弦的自振频率随之发生变化。由于液体不可压缩，所以液体压力的变化会引起膜片的变形，进而引起钢弦应力的变化。通过测量钢弦的自振频率，可以计算出液体压力，从而推算出土壤中的孔隙压力。考虑到波浪和水流的二维性，孔压计使用过程中精密结构磨损较严重，更换成本大；通过传统孔压测量手段获得的测量结果其准确性也有待商榷。

3、因此亟需设计一种测量装置并结合相应的评估方法，以提高测量结果的准确性。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于导压式孔隙水压力测量系统的海床稳定评估方法及测量装置，可以实现对海床土体的孔压检测以及对海床稳定性的评估。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种基于导压式孔隙水压力测量系统的海床稳定评估方法，具体包括以下步骤：

4、步骤s1：安装测点设置平台，通过传感器实时获取测点位置的电信号；

5、步骤s2：通过放大电路将步骤s1获取的测点位置电信号放大若干倍，采用整流滤波电路初步处理放大若干倍后的电信号，数据卡将初步处理后的电信号编译为数字信号，能够被计算机及软件读取并处理；

6、步骤s3：基于步骤s2获取的数字信号，绘制孔压时间过程图像；

7、步骤s4：根据绘制的孔压时间过程图像进行超静孔压累积判别，若判别结果不属于预设范围，则进行步骤s5，若判别结果属于预设范围，则进行步骤s6；

8、步骤s5：若超静孔压累积判别结果不属于预设范围，则表示海床存在瞬时液化风险，继续通过公式判别，确定测点是否发生液化；

9、步骤s6：若超静孔压累积判别结果属于预设范围，则表示海床存在残余液化风险，继续通过公式判别，确定当前液化发展阶段；

10、步骤s7：通过步骤s5以及步骤s6，对每个测点的结果进行判断，标记发生液化的测点以及液化风险类型，完成海床稳定性评估；

11、作为本发明的进一步优选，步骤s4中，根据绘制的孔压时间过程图像进行超静孔压累积判别的方法是，找到数字信号中每个周期的峰值点坐标pmax(tn,pn)，其中t为各个峰值点的时间戳，p为各个峰值点的孔隙水压力峰值，计算若连续三个计算值kn＞0，则继续宁步骤s6，若未出现上述情况，则进行步骤s5；

12、作为本发明的进一步优选，步骤s5中，若未出现连续三个计算值kn＞0，则表示海床存在瞬时液化风险，继续通过公式判别，确定测点是否发生液化；

13、判别公式为:p-pb≥γ'z，其中，p为测点压强，pb为海床表面的压强之差，通过测量系统读取，物理意义是当前位置的孔隙水压力，γ'为海床土体有效应力系数，γ'＝(gs-1)(1-n)γw，其中gs为土体的容重，n为土体的孔隙率，为γw水的容重，z为测点深度，物理意义是当前测点上方土层的初始竖向有效应力；

14、当出现p-pb≥γ'z表时该测点处发生液化；

15、作为本发明的进一步优选，步骤s5中，若连续三个计算值kn＞0，则表示海床存在残余液化风险；

16、通过测点处孔压时间过程图像判别，在超静孔压累积阶段，孔压读数快速上升计算值kn＞0在此阶段后期，液化开始发生，孔压读数持续保持在峰值，同时液化现象不断发展，此阶段计算值kn≈0，在此阶段后期海床土体变密实，同时液化现象逐步减弱，此阶段计算值kn＜0，海床土体全部密实，液化现象结束；

17、一种测量装置，包括测点设置平台，其包括安装在海床底部的主滑轨，在主滑轨上可滑移安装若干列滑轨，且列滑轨垂直于主滑轨设置；

18、列滑轨板材中线上开设槽，还包括滑板，其中心开设螺纹孔，沿着滑板长边方向在螺纹孔的两侧分别开设若干圆孔，锁止螺栓穿设螺纹孔与列滑轨的槽，将滑板固定嵌入槽内；

19、导压管的一端穿过滑板的圆孔与列滑轨的槽后与导压管接头连接，导压管的另一端与数据处理平台连接；

20、作为本发明的进一步优选，列滑轨的底端垂直安装底部滑板，主滑轨表面为u型滑槽，底部滑板嵌入u型滑槽内，当列滑轨在主滑轨内确定位置后通过锁止螺栓固定；

21、作为本发明的进一步优选，导压管接头的金属端为螺纹接头，通过固定螺母固定滤网；

22、作为本发明的进一步优选，所述数据处理平台包括数据箱，其外壳上安装若干传感器，在数据箱内安装信号放大器、整流元件以及数据卡，信号放大器、整流元件以及数据卡在数据箱内顺次连接；

23、数据箱与电脑或电子储存设备连通。

24、通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

25、1、本发明提供的测量装置，结构简单，仅需将导压管埋入海床的沙土中即可，且更换成本较低；

26、2、本发明提供的基于导压式孔隙水压力测量系统的海床稳定评估方法，测点设置平台能够根据需求自由调节测点的位置，通过合理设置测点位置以及数量，将以阵列的形式监控海床土体中目标区域的孔隙水压力分布，实时以及准确的获取测点信息；

27、3、本发明提供的基于导压式孔隙水压力测量系统的海床稳定评估方法，根据获取的测点信息结合评估方法即可估计出液化区域的水平和垂直范围，监测海床及其中的建筑物是否有失稳风险。

技术特征：

1.一种基于导压式孔隙水压力测量系统的海床稳定评估方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于导压式孔隙水压力测量系统的海床稳定评估方法，其特征在于：步骤s4中，根据绘制的孔压时间过程图像进行超静孔压累积判别的方法是，找到数字信号中每个周期的峰值点坐标pmax(tn，pn)，其中t为各个峰值点的时间戳，p为各个峰值点的孔隙水压力峰值，计算若连续三个计算值kn>0，则继续宁步骤s6，若未出现上述情况，则进行步骤s5。

3.根据权利要求1所述的基于导压式孔隙水压力测量系统的海床稳定评估方法，其特征在于：步骤s5中，若未出现连续三个计算值kn>0，则表示海床存在瞬时液化风险，继续通过公式判别，确定测点是否发生液化；

4.根据权利要求1所述的基于导压式孔隙水压力测量系统的海床稳定评估方法，其特征在于：步骤s5中，若连续三个计算值kn>0，则表示海床存在残余液化风险；

5.一种测量装置，其特征在于：其用于权利要求1-4任一所述的海床稳定评估方法，是导压式孔隙水压力测量装置，包括测点设置平台，其包括安装在海床底部的主滑轨，在主滑轨上可滑移安装若干列滑轨，且列滑轨垂直于主滑轨设置；

6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于：列滑轨的底端垂直安装底部滑板，主滑轨表面为u型滑槽，底部滑板嵌入u型滑槽内，当列滑轨在主滑轨内确定位置后通过锁止螺栓固定。

7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于：导压管接头的金属端为螺纹接头，通过固定螺母固定滤网。

8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于：所述数据处理平台包括数据箱，其外壳上安装若干传感器，在数据箱内安装信号放大器、整流元件以及数据卡，信号放大器、整流元件以及数据卡在数据箱内顺次连接；

技术总结
本发明涉及一种基于导压式孔隙水压力测量系统的海床稳定评估方法及测量装置，测量装置包括测点设置平台，其包括安装在海床底部的主滑轨，在主滑轨上可滑移安装若干列滑轨，且列滑轨垂直于主滑轨设置；列滑轨板材中线上开设槽，还包括滑板，其中心开设螺纹孔，沿着滑板长边方向在螺纹孔的两侧分别开设若干圆孔，锁止螺栓穿设螺纹孔与列滑轨的槽，将滑板固定嵌入槽内；导压管的一端穿过滑板的圆孔与列滑轨的槽后与导压管接头连接，导压管的另一端与数据处理平台连接；本发明可以实现对海床土体的孔压检测以及对海床稳定性的评估。

技术研发人员：隋倜倜,朱航,李友佳,杨沐盛,马名极,张弛,郑金海
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/15