本發(fā)明涉及深海地質(zhì)勘測，尤其涉及一種適用于深海水平向軟硬互層土體的橫向勘測裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著海洋工程的發(fā)展，針對海底沉積物力學(xué)性質(zhì)的測試需求日益顯著。目前多采用靜力觸探對海底土體進行勘察，靜力觸探是指利用壓力裝置將有觸探頭的觸探桿沿豎直方向壓入土體，通過量測土體的貫入阻力、孔隙水壓力等參數(shù)，確定土體的某些基本物理力學(xué)特性，如土的變形模量、土的容許承載力等。

2、現(xiàn)有的大多數(shù)海底靜力觸探裝置，只能夠沿縱向?qū)５淄馏w的強度進行勘察，而海底采礦需要對海底某一深度處土體的水平方向一定范圍內(nèi)進行勘測，現(xiàn)有的縱向觸探裝置不適用于海底采礦土體橫向勘測。

3、專利號cn116607493b提出了一種海底橫向探測裝置，包括主體部、觸探組件和錨固組件，能夠沿橫向?qū)５淄馏w進行探測，錨固組件的錨桿通過沿徑向伸出提供錨固力，產(chǎn)生的錨固力較小，而海底的土體非均勻性顯著，主要特征為軟硬互層土體，即在同一水平面內(nèi)，土體強度大小不均。對于強度較高的土層，現(xiàn)有的海底橫向探測裝置的錨固力難以抵抗裝置前進時產(chǎn)生的阻力，導(dǎo)致裝置難以前進，無法完成勘測任務(wù)。此外，現(xiàn)有的海底橫向探測裝置，承壓能力較小，因此工作水深有限，難以在深海環(huán)境中對土層進行連續(xù)勘測，不能滿足深?？睖y的工作需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種適用于深海水平向軟硬互層土體的橫向勘測裝置及方法，能夠在深海水平向軟硬互層土體中進行橫向勘測。

2、如上構(gòu)思，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種適用于深海水平向軟硬互層土體的橫向勘測裝置，包括：主體部，包括兩個支撐管和伸縮組件，所述支撐管沿第一軸線延伸，兩個所述支撐管沿所述第一軸線方向滑動連接，所述伸縮組件設(shè)置于兩個所述支撐管之間且能夠驅(qū)動兩個所述支撐管沿所述第一軸線方向發(fā)生相對滑動，兩個所述支撐管的內(nèi)部相互連通形成容置腔，所述容置腔內(nèi)設(shè)置有九軸傳感器；觸探探頭，設(shè)置于所述主體部的前端且與一個所述支撐管連接，所述觸探探頭包括錐尖阻力傳感器；壓力平衡活塞，設(shè)置于所述主體部的后端且與另一個所述支撐管連接，所述壓力平衡活塞滑動設(shè)置于所述容置腔的端部，所述容置腔內(nèi)封裝有絕緣油；錨固機構(gòu)，每個所述支撐管上設(shè)置有一組所述錨固機構(gòu)，所述錨固機構(gòu)包括多個旋轉(zhuǎn)翼，多個所述旋轉(zhuǎn)翼繞所述主體部的周向間隔設(shè)置，所述旋轉(zhuǎn)翼繞第二軸線與所述支撐管轉(zhuǎn)動連接，所述第二軸線與所述第一軸線垂直；所述旋轉(zhuǎn)翼在第一平面內(nèi)延展，所述旋轉(zhuǎn)翼能夠相對于所述支撐管轉(zhuǎn)動以在錨固狀態(tài)和導(dǎo)向狀態(tài)切換；在所述錨固狀態(tài)，所述第一平面與所述第一軸線之間的夾角為錨固角，所述錨固角大于0度且小于等于90度；在所述導(dǎo)向狀態(tài)，所述第一平面與所述第一軸線之間的夾角等于0度；所述旋轉(zhuǎn)翼上滑動設(shè)置有擴展翼，所述擴展翼能夠相對于所述旋轉(zhuǎn)翼沿所述第一平面滑動以在展開狀態(tài)和回收狀態(tài)切換；在所述展開狀態(tài)，至少部分所述擴展翼凸出于所述旋轉(zhuǎn)翼的外側(cè)；在所述回收狀態(tài)，所述擴展翼在所述第一平面的投影完全位于所述旋轉(zhuǎn)翼在所述第一平面的投影之內(nèi)。

3、作為優(yōu)選，所述旋轉(zhuǎn)翼的內(nèi)部中空形成避讓腔，所述擴展翼在所述回收狀態(tài)下位于所述避讓腔內(nèi)，在所述展開狀態(tài)下，至少部分所述擴展翼伸出所述避讓腔外；或者，所述擴展翼貼合于所述旋轉(zhuǎn)翼的外表面。

4、作為優(yōu)選，所述擴展翼在所述回收狀態(tài)切換至所述展開狀態(tài)時，所述擴展翼的滑動路徑為直線或者圓弧。

5、作為優(yōu)選，所述擴展翼平行于所述第二軸線滑動；或者，所述擴展翼垂直于所述第二軸線滑動。

6、作為優(yōu)選，對于一個所述旋轉(zhuǎn)翼滑動設(shè)置有兩個所述擴展翼，在所述展開狀態(tài)下，兩個所述擴展翼分別向所述第二軸線的兩側(cè)展開。

7、作為優(yōu)選，所述錨固機構(gòu)還包括第一驅(qū)動組件和第二驅(qū)動組件，所述第一驅(qū)動組件設(shè)置于所述支撐管與所述旋轉(zhuǎn)翼之間以驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)翼繞所述第二軸線轉(zhuǎn)動，所述第二驅(qū)動組件設(shè)置于所述旋轉(zhuǎn)翼與所述擴展翼之間以驅(qū)動所述擴展翼相對于所述旋轉(zhuǎn)翼滑動。

8、作為優(yōu)選，一組所述錨固機構(gòu)包括四個所述旋轉(zhuǎn)翼，四個所述旋轉(zhuǎn)翼共用一組所述第一驅(qū)動組件，所述第一驅(qū)動組件包括驅(qū)動部、主傳動軸和兩個輔傳動軸，所述驅(qū)動部用于驅(qū)動所述主傳動軸轉(zhuǎn)動，所述輔傳動軸與所述主傳動軸垂直且通過錐齒輪組傳動連接，兩個所述旋轉(zhuǎn)翼分布于所述主傳動軸的兩端，每個所述輔傳動軸上設(shè)置有一個所述旋轉(zhuǎn)翼。

9、作為優(yōu)選，兩個所述支撐管分別為前支撐管和后支撐管，所述后支撐管的前端插入所述前支撐管的內(nèi)部且兩者之間設(shè)置有密封組件，所述伸縮組件包括伸縮液壓缸，所述伸縮液壓缸的缸體與所述后支撐管連接，所述伸縮液壓缸的活塞桿與所述前支撐管連接。

10、作為優(yōu)選，還包括姿態(tài)平衡結(jié)構(gòu)，所述姿態(tài)平衡結(jié)構(gòu)包括兩個平衡翼，兩個所述平衡翼均勻分布于所述主體部的左右兩側(cè)。

11、一種適用于深海水平向軟硬互層土體的橫向勘測方法，采用如上所述的適用于深海水平向軟硬互層土體的橫向勘測裝置，包括下放過程、準(zhǔn)備行進過程和行進過程；在下放過程中，橫向勘測裝置在海中逐漸下降至目標(biāo)深度，壓力平衡活塞的一側(cè)受到海水或者海底土體的壓力，壓力平衡活塞的另一側(cè)受到絕緣油的壓力，壓力平衡活塞兩側(cè)的壓力差驅(qū)使壓力平衡活塞沿第一軸線方向移動以使得容置腔的內(nèi)外壓差保持在設(shè)定范圍內(nèi)；在準(zhǔn)備行進過程中，一個支撐管上的旋轉(zhuǎn)翼處于錨固狀態(tài)，另一個支撐管上的旋轉(zhuǎn)翼處于導(dǎo)向狀態(tài)，處于錨固狀態(tài)的旋轉(zhuǎn)翼的錨固角為初始夾角，所有的擴展翼均處于回收狀態(tài)；在行進過程中，九軸傳感器實時獲取行進速度，錐尖阻力傳感器實時獲取錐尖阻力，根據(jù)行進速度和錐尖阻力調(diào)節(jié)處于錨固狀態(tài)的旋轉(zhuǎn)翼的錨固角和與其滑動連接的擴展翼的展開面積，即擴展翼凸出于旋轉(zhuǎn)翼的面積，包括：若行進速度大于等于，則錨固角保持在初始夾角，擴展翼處于回收狀態(tài)；若行進速度小于，則逐檔增大處于錨固狀態(tài)的旋轉(zhuǎn)翼的錨固角，且錨固角每增大一檔，則重新獲取行進速度，直至行進速度大于等于或者錨固角為90度；若錨固角為90度且行進速度小于，則調(diào)節(jié)擴展翼至展開狀態(tài)，根據(jù)當(dāng)前的錐尖阻力確定擴展翼的初始展開面積，在擴展翼展開至初始展開面積之后，重新獲取行進速度；若行進速度小于，則逐檔增大擴展翼的展開面積，展開面積每增大一檔，則重新獲取行進速度，直至行進速度大于等于或者展開面積為最大展開面積。

12、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出的一種適用于深海水平向軟硬互層土體的橫向勘測裝置，在下放過程中，壓力平衡活塞的一側(cè)受到海水或者海底土體的壓力，壓力平衡活塞的另一側(cè)受到絕緣油的壓力，壓力平衡活塞兩側(cè)的壓力差驅(qū)使壓力平衡活塞沿第一軸線方向移動以使得容置腔的內(nèi)外壓差保持在設(shè)定范圍內(nèi)，能夠自動調(diào)節(jié)內(nèi)外壓平衡，以適應(yīng)深海作業(yè)。

13、旋轉(zhuǎn)翼的錨固角可調(diào)節(jié)，在較小的錨固角時，能夠減少對海底土層的擾動，使得測量結(jié)果更精確，在較大的錨固角時，能夠提供更大的錨固力；擴展翼能夠相對于旋轉(zhuǎn)翼沿第一平面滑動以展開，通過展開擴展翼能夠增大錨固機構(gòu)與土層的接觸面積，以提供更大的錨固力；擴展翼的展開面積可調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同硬度的土層，土層越硬裝置前進所需的錨固力越大。通過旋轉(zhuǎn)翼和擴展翼配合，能夠提供合適的錨固力，并減少對土體的擾動，以使得橫向勘測裝置在深海水平向軟硬互層土體中順利進行勘測。