(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211265907.1 (22)申请日 2022.10.17 (71)申请人 中海石油 （中国） 有限公司 地址 100010 北京市东城区朝阳门北 大街 25号 申请人 中海石油 （中国） 有限公司北京研究 中心 (72)发明人 贾鲁生　黄俊　侯静　李琰程　 刘毅　宋紫君　刘华清　李丽玮　 (74)专利代理 机构 北京纪凯知识产权代理有限 公司 11245 专利代理师 任文娟 (51)Int.Cl. G01N 3/02(2006.01) G01N 3/08(2006.01) (54)发明名称 海底管道与土体垂向相互作用的机械加载 模拟装置及方法 (57)摘要 本发明涉及一种海底管道与土体垂向相互 作用的机械加载模拟装置及方法， 装置包括： 模 型土槽， 所述模 型土槽内设置有上表 面呈水平的 土体； 模型管道， 裸置在所述土体的上表面上或 者埋设在所述土体内； 竖向支撑结构， 与所述模 型管道连接， 所述竖向支撑结构的上端设置有力 传感器和弹性部件， 所述弹性部件的上方设置有 压载平板； 限位装置， 设置于所述竖向支撑结构 的两侧， 用于 限制所述模型管道的横向移动； 机 械加载组件， 包括用于测量所述模 型管道移动距 离的位移传感器， 所述机械加载组件用于向所述 压载平板施加压力； 数据采集系统， 用于收集力 传感器和位移传感器的数据； 图像采集系统， 用 于捕捉所述模型 管道周围土 体颗粒运动的图像 。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115541361 A 2022.12.30 CN 115541361 A 1.一种海底管道与土体垂向相互作用的机 械加载模拟装置， 其特 征在于， 包括： 模型土槽(1)， 所述模型土 槽(1)内设置有上表面呈 水平的土体； 模型管道(2)， 裸置在所述土体的上表面上或者 埋设在所述土体内； 竖向支撑结构(3)， 与所述模型管道(2)连接， 所述竖向支撑结构(3)的上端设置有力传 感器和弹性部件， 所述弹性部件的上 方设置有压载平板； 限位装置(4)， 设置于所述竖向支撑结构(3)的两侧， 用于限制所述模型管道(2)的横向 移动； 机械加载组件， 包括用于测量所述模型管道(2)移动距离的位移传感器， 所述机械加载 组件用于向所述压载平板施加压力； 数据采集系统， 用于收集力传感器和位移传感器的数据； 图像采集系统， 用于捕捉所述模型 管道(2)周围土体颗粒运动的图像。 2.根据权利要求1所述的机械加载模拟装置， 其特征在于， 所述竖向支撑结构(3)为框 架型结构， 包括支架(11)以及位于所述支架(11)底部的若干卡箍(16)、 位于所述支架(11) 顶部的横梁， 若干所述 卡箍(16)用于卡紧所述模型 管道(2)。 3.根据权利要求2所述的机械加载模拟装置， 其特征在于， 所述力传感器与 所述横梁通 过螺栓(12)紧 固连接， 所述弹性部件为弹簧(6)， 装配于所述力传感器的上 方。 4.根据权利要求3所述的机械加载模拟装置， 其特征在于， 所述限位装置(4)为框架结 构， 设置在所述竖向支撑结构(3)的两侧， 用于限制所述模型 管道(2)的横向移动。 5.根据权利要求4所述的机械加载模拟装置， 其特征在于， 所述机械加载组件还包括顶 部框架以及 装配于所述顶部框架上的千斤顶(7)， 所述千斤顶(7)用于向所述压载平板施加 压力， 以使所述所述模型 管道(2)向下运动。 6.根据权利要求1所述的机械加载模拟装置， 其特征在于， 所述模型管道(2)的两端由 外向内均依次设置有PTFE 板(15)、 橡胶垫层(14)和有机玻璃盘(13)。 7.一种根据权利要求5任意一项所述机械加载模拟装置的操作 方法， 其特征在于， 包括 如下步骤： 将所述模型管道(2)、 所述模型土槽(1)、 所述竖向支撑结构(3)以及位于土槽上方的所 述顶部框架进行组装， 在所述支架(11)的横梁顶部固定所述螺栓(12)， 当进行向下压载试 验时， 在所述螺栓(12)上连接所述力传感器， 再组装所述弹簧(6)及所述压载平板， 然后安 置所述限位装置(4)， 将所述千斤顶(7)及所述位移传感器安装到所述顶部框架上， 打开所 述数据采集系统， 确认所述力传感器及所述位移传感器处于正常工作状态， 打开所述图像 采集系统， 所述千斤顶(7)开始下压， 完成实验。 8.一种海底管道与土体垂向相互作用的机 械加载模拟装置， 其特 征在于， 包括： 模型土槽(1)， 所述模型土 槽(1)内设置有上表面呈 水平的土体； 模型管道(2)， 裸置在所述土体的上表面上或者 埋设在所述土体内； 竖向支撑结构(3)， 与所述模型管道(2)连接， 所述竖向支撑结构(3)的上端设置有力传 感器和拉索， 所述力传感器设置 于所述拉索上； 限位装置(4)， 设置于所述竖向支撑结构(3)的两侧， 用于限制所述模型管道(2)的横向 移动； 机械加载组件， 包括顶部框架以及装配于所述顶部框架上的定滑轮(9)和位移传感器，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115541361 A 2所述拉索穿过所述定滑轮(9)后与伺服电机(10)连接， 所述机械加载组件用于向所述模型 管道(2)施加拉力； 数据采集系统， 用于收集所述力传感器和所述 位移传感器的数据； 图像采集系统， 用于捕捉所述模型 管道(2)周围土体颗粒运动的图像。 9.一种根据权利要求8所述的机械加载模拟装置的操作 方法， 其特征在于， 包括如下步 骤： 将所述模型管道(2)、 所述模型土槽(1)、 所述竖向支撑结构(3)以及位于土槽上方的所 述顶部框架进行组装， 将所述位移传感器安装到所述顶部框架上， 在所述支架(11)的横梁 顶部固定所述螺栓(12)， 当进行向上拉拔实验时， 在所述螺栓(12)上连接所述拉索， 所述拉 索上连接所述力 传感器， 所述拉索通过固定在所述顶部框架上的所述定滑轮(9)改变方向， 进而与所述伺服电机(10)进行连接， 打开所述数据采集系统， 确认所述力传感器及所述位 移传感器处于正常工作状态， 打开所述图像采集系统， 所述伺服电机(10)开动后通过所述 拉索拉动所述模型 管道(2)向上运动， 完成实验。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115541361 A 3