本發(fā)明涉及海洋觀測、海洋工程地質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種海床基靜力貫入及取樣平臺(tái)。

背景技術(shù)：

在海岸帶地區(qū)，泥沙經(jīng)過河流的遠(yuǎn)距離輸運(yùn)快速沉降并堆積，在海洋水動(dòng)力(波浪、海流、潮汐等)、土體自重及生物擾動(dòng)下發(fā)生一系列的動(dòng)態(tài)變化過程，包括沉積物固結(jié)壓密過程、液化流變過程、侵蝕再懸浮運(yùn)移過程。在這些過程中伴隨著沉積物的成分、結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)性質(zhì)和工程地質(zhì)性質(zhì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，進(jìn)而引發(fā)海岸帶侵蝕、港口淤積、海底滑坡、濁流等海洋地質(zhì)災(zāi)害，從而對(duì)海上平臺(tái)、海底管線、海底電纜等海洋工程設(shè)施造成巨大破壞。因此迫切需要對(duì)海底沉淀物進(jìn)行探測/觀測/監(jiān)測。

目前對(duì)于海底沉積物的探測/觀測/監(jiān)測方法，主要包括以地震、淺剖為代表的海洋地球物理探測方法，以靜力觸探為代表的原位探測方法，以各類貫入式探桿為代表的長期原位觀測方法，以沉積物取樣為代表的沉積物分析方法。其中，海洋地球物理探測方法具有速度快、范圍廣、深度大等優(yōu)點(diǎn)，但在海岸帶地質(zhì)環(huán)境演化過程最為快速、復(fù)雜的淺表層沉積物區(qū)域(海床面以下0-3m)往往處于其探測盲區(qū)；對(duì)于自然事件的過程，特別是細(xì)節(jié)的捕捉，其精度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足要求。原位探測方法具有速度快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但大多需要通過取樣分析確定若干參數(shù)值，原位探測與取樣點(diǎn)在時(shí)間與空間的不同步，往往導(dǎo)致數(shù)據(jù)存在固有誤差。更重要的是，海洋地球物理探測方法與原位探測方法均缺乏時(shí)間上的連續(xù)性，是以獲取靜態(tài)數(shù)據(jù)為目的，被迫忽略淺層海底沉積物與底層海水之間隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化、能量轉(zhuǎn)化、物質(zhì)交換過程。海洋地球物理探測方法與原位探測方法難以對(duì)快速、復(fù)雜的海岸帶工程地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行獨(dú)立、有效的測量。長期原位觀測方法大多為貫入式探桿/探針(如孔隙水壓力探桿、電阻率探桿、地?zé)崽结樀?觀測；貫入方式本身仍是該領(lǐng)域的技術(shù)難點(diǎn)，而采用單一參數(shù)的貫入式探桿進(jìn)行連續(xù)觀測，對(duì)于描述復(fù)雜沉積物的動(dòng)態(tài)變化過程，仍缺乏足夠的可靠性。沉積物分析方法本身缺乏足夠的時(shí)效性，而目前的主流取樣方法中，重力取樣可靠性底，鉆孔取樣成本高，且各種取樣方式(重力、活塞、鉆孔、箱式、抓斗等等)都會(huì)對(duì)沉積物造成不小的擾動(dòng)，對(duì)數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生極大的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種海床基靜力貫入及取樣平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)海底沉淀物進(jìn)行原位探測、長期原位觀測和靜力取樣。

本發(fā)明提供一種海床基靜力貫入及取樣平臺(tái)，包括框架，框架的上端連接有承重頭，框架中設(shè)置有液壓站和貫入單元，貫入單元包括貫入油缸、上伸縮油缸、下伸縮油缸、動(dòng)滑輪組、第一驅(qū)動(dòng)繩、第二驅(qū)動(dòng)繩、定滑輪、導(dǎo)軌和滑板，液壓站液壓連接貫入油缸、上伸縮油缸和下伸縮油缸，動(dòng)滑輪組包括滑輪基座和設(shè)置于滑輪基座上的第一動(dòng)滑輪及第二動(dòng)滑輪，貫入油缸的伸縮端連接滑輪基座，第一驅(qū)動(dòng)繩穿過第一動(dòng)滑輪，第一驅(qū)動(dòng)繩的一端經(jīng)定滑輪連接框架，第一驅(qū)動(dòng)繩的另一端經(jīng)定滑輪連接滑板的上端，第二驅(qū)動(dòng)繩穿過第二動(dòng)滑輪，第二驅(qū)動(dòng)繩的一端經(jīng)定滑輪連接框架，第二驅(qū)動(dòng)繩的另一端經(jīng)定滑輪連接滑板的下端，框架的側(cè)端設(shè)置導(dǎo)軌，滑板滑動(dòng)連接導(dǎo)軌，滑板上設(shè)置有上左右夾持爪，于框架的側(cè)端且在上左右夾持爪的下側(cè)位置設(shè)置有下左右夾持爪，上伸縮油缸的伸縮端連接上左右夾持爪，下伸縮油缸的伸縮端連接下左右夾持爪，上左右夾持爪和下左右夾持爪均可夾持或松開桿件。

進(jìn)一步的，海床基靜力貫入及取樣平臺(tái)包括若干個(gè)貫入單元。

進(jìn)一步的，框架的側(cè)端靠近下左右夾持爪的位置設(shè)置有位移計(jì)。

進(jìn)一步的，桿件包括探測桿、觀測桿和取樣管。

進(jìn)一步的，框架中還設(shè)置有配重箱。

進(jìn)一步的，框架中還設(shè)置有配重油缸，液壓站液壓連接配重油缸，配重油缸的伸縮端連接配重箱。

進(jìn)一步的，框架中還設(shè)置有高度計(jì)。

進(jìn)一步的，框架中還設(shè)置有照明燈和攝像機(jī)。

進(jìn)一步的，框架中還設(shè)置有GPS定位模塊。

進(jìn)一步的，海床基靜力貫入及取樣平臺(tái)還包括主控臺(tái)，框架中還設(shè)置有控制艙、驅(qū)動(dòng)艙和電池艙，主控臺(tái)經(jīng)控制艙信號(hào)連接驅(qū)動(dòng)艙，電池艙分別電連接控制艙和驅(qū)動(dòng)艙，驅(qū)動(dòng)艙分別信號(hào)連接貫入油缸、上伸縮油缸和下伸縮油缸。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的海床基靜力貫入及取樣平臺(tái)具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的海床基靜力貫入及取樣平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)海底沉淀物進(jìn)行原位探測、長期原位觀測和靜力取樣的同步、同點(diǎn)測量，從不同的角度獲取相互呼應(yīng)的海底沉積物參數(shù)，為全面、可靠的認(rèn)識(shí)和解讀海底沉積物動(dòng)態(tài)變化過程提供一種可行的方法，以獲取更為準(zhǔn)確、全面的海洋地質(zhì)環(huán)境參數(shù)隨時(shí)間和空間的變化過程。

結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的具體實(shí)施方式后，本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中海床基靜力貫入及取樣平臺(tái)的主視圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中海床基靜力貫入及取樣平臺(tái)的俯視圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中海床基靜力貫入及取樣平臺(tái)中貫入單元的部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中海床基靜力貫入及取樣平臺(tái)通訊連接示意圖；

其中，1、承重頭，2、框架，3、電池艙，4、配重箱，5、攝像機(jī)，6、照明燈，7、高度計(jì)，8、采集艙，9、探測桿/觀測桿/取樣管，10、上左右夾持爪，11、滑板，12、導(dǎo)軌，13、動(dòng)滑輪組，14、貫入油缸，15、位移計(jì)，16、下左右夾持爪，17、驅(qū)動(dòng)艙，18、控制艙，19、液壓站，20、配重油缸，21、定滑輪。

具體實(shí)施方式

如圖1至圖4所示，本實(shí)施例提供一種海床基靜力貫入及取樣平臺(tái)，其框架2的上端連接有承重頭1，繩纜可經(jīng)承重頭1連接框架2，從船上的甲板上下放或回收繩纜，以使框架2下沉至海床或從海床返回甲板?？蚣?作為整個(gè)平臺(tái)的承載體，框架2中設(shè)置有電池艙3、配重箱4、攝像機(jī)5、照明燈6、高度計(jì)7、GPS定位模塊、驅(qū)動(dòng)艙17、控制艙18、液壓站19、配重箱4、配重油缸20和貫入單元等部件。

本實(shí)施例中的海床基靜力貫入及取樣平臺(tái)包括兩個(gè)貫入單元，當(dāng)然，貫入單元也可以為多個(gè)。貫入單元包括貫入油缸14、上伸縮油缸、下伸縮油缸、動(dòng)滑輪組13、第一驅(qū)動(dòng)繩、第二驅(qū)動(dòng)繩、定滑輪21、導(dǎo)軌12和滑板11。貫入單元用于穩(wěn)定、可靠地使探測桿/觀測桿/取樣管9貫入海床或從海床中回收。其中，通過探測桿進(jìn)行靜力觸探，獲取海床土體類型、垂向分層特性、土體強(qiáng)度、海床基承載力、沉積物孔隙度等參數(shù)，能夠測量海底沉積物的錐尖阻力、側(cè)摩擦阻力、孔隙水壓力、電阻率、姿態(tài)隨深度變化情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)海底沉淀物的原位探測；通過搭載觀測桿能夠?qū)５壮练e物(如孔隙水壓力、電阻率、地?zé)?、變形?進(jìn)行長期原位觀測，實(shí)現(xiàn)對(duì)某參量在各個(gè)深度位置的動(dòng)態(tài)變化過程；通過取樣管進(jìn)行靜力取樣，穩(wěn)定、可靠地獲取海底沉積物不同深度的粒徑、密度等物理參數(shù)，能夠與原位探測、長期原位觀測獲取幾乎同一位置的沉積物柱狀樣品，且靜力取樣擾動(dòng)極小，為原位探測、長期原位觀測提供參數(shù)校正樣本?；诖耍軌蚍治霁@得底層海水與淺層沉積物之間的一系列動(dòng)態(tài)變化過程，進(jìn)而為為海上建設(shè)、工程安全、災(zāi)害預(yù)警以及科學(xué)研究提供服務(wù)。動(dòng)滑輪組13包括滑輪基座和設(shè)置于滑輪基座上的第一動(dòng)滑輪及第二動(dòng)滑輪。第一驅(qū)動(dòng)繩穿過第一動(dòng)滑輪，第一驅(qū)動(dòng)繩的一端經(jīng)定滑輪21連接框架2，第一驅(qū)動(dòng)繩的另一端經(jīng)定滑輪21連接滑板11的上端，第二驅(qū)動(dòng)繩穿過第二動(dòng)滑輪，第二驅(qū)動(dòng)繩的一端經(jīng)定滑輪21連接框架2，第二驅(qū)動(dòng)繩的另一端經(jīng)定滑輪21連接滑板11的下端?？蚣?的側(cè)端設(shè)置導(dǎo)軌12，滑板11滑動(dòng)連接導(dǎo)軌12?；?1上設(shè)置有上左右夾持爪10，于框架2的側(cè)端且在上左右夾持爪10的下側(cè)位置設(shè)置有下左右夾持爪16。框架2的側(cè)端靠近下左右夾持爪16的位置設(shè)置有位移計(jì)15，通過位移計(jì)15實(shí)時(shí)監(jiān)測測桿/觀測桿/取樣管9的動(dòng)作狀態(tài)。上左右夾持爪10和下左右夾持爪16均可夾持或松開桿件，可以夾持帶動(dòng)探測桿進(jìn)行靜力觸探進(jìn)行靜力觸探，可以夾持帶動(dòng)取樣管進(jìn)行靜力取樣。當(dāng)上左右夾持爪10和下左右夾持爪16同時(shí)松開時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與探測桿的有效分離，從而完成一直以來難度較大的長期原位觀測中探測桿的布放問題。

液壓站19經(jīng)液壓管路液壓連接貫入油缸14、上伸縮油缸、下伸縮油缸和配重油缸20，貫入油缸14的伸縮端連接動(dòng)滑輪組13的滑輪基座，上伸縮油缸的伸縮端連接上左右夾持爪10，下伸縮油缸的伸縮端連接下左右夾持爪16，配重油缸20的伸縮端連接配重箱4。貫入油缸14的伸縮用于控制動(dòng)滑輪組13的升降，上伸縮油缸的伸縮用于控制上左右夾持爪10夾持或松開桿件，下伸縮油缸的伸縮用于控制下左右夾持爪16夾持或松開桿件，配重油缸20的伸縮用于控制配重箱4以控制平臺(tái)的重量變化，便于較好的控制平臺(tái)在海水中移動(dòng)。

本實(shí)施例中的桿件為探測桿/觀測桿/取樣管9，探測桿/觀測桿/取樣管9的上端設(shè)置有采集艙8。貫入油缸14的伸縮控制動(dòng)滑輪組13升降，動(dòng)滑輪組13的升降通過第一驅(qū)動(dòng)繩、第二驅(qū)動(dòng)繩、定滑輪21控制滑板11沿著導(dǎo)軌12上下移動(dòng)?；?1的移動(dòng)并配合上左右夾持爪10和下左右夾持爪16的夾持或松開，使探測桿/觀測桿/取樣管9穩(wěn)定、可靠地貫入海床或從海床中回收。

將探測桿/觀測桿/取樣管9貫入海床的過程如下：(1)下左右夾持爪16閉合夾持探測桿/觀測桿/取樣管9，下左右夾持爪16固定探測桿/觀測桿/取樣管9；(2)上左右夾持爪10松開，上左右夾持爪10沿著導(dǎo)軌12向上運(yùn)動(dòng)到導(dǎo)軌12的頂端；(3)上左右夾持爪10閉合夾持探測桿/觀測桿/取樣管9，下左右夾持爪16松開，上左右夾持爪10固定探測桿/觀測桿/取樣管9；上左右夾持爪10帶動(dòng)探測桿/觀測桿/取樣管9沿導(dǎo)軌12向下運(yùn)動(dòng)至導(dǎo)軌12的底端。重復(fù)上述步驟(1)至(4)順序循環(huán)，直至探測桿/觀測桿/取樣管9貫入到海床指定位置或滿足極限貫入力，至此完成探測桿/觀測桿/取樣管9的貫入。

將探測桿/觀測桿/取樣管9從海床中回收的過程如下：(1)下左右夾持爪16閉合夾持探測桿/觀測桿/取樣管9，下左右夾持爪16固定探測桿/觀測桿/取樣管9；(2)上左右夾持爪10松開，上左右夾持爪10沿著導(dǎo)軌12向下運(yùn)動(dòng)到導(dǎo)軌12的底端；(3)上左右夾持爪10閉合夾持探測桿/觀測桿/取樣管9，下左右夾持爪16松開，上左右夾持爪10固定探測桿/觀測桿/取樣管9；上左右夾持爪10帶動(dòng)探測桿/觀測桿/取樣管9沿導(dǎo)軌12向上運(yùn)動(dòng)至導(dǎo)軌12的頂端。重復(fù)上述步驟(1)至(4)順序循環(huán)，直至探測桿/觀測桿/取樣管9完全拔出，至此完成探測桿/觀測桿/取樣管9的回收。

本實(shí)施例中的海床基靜力貫入及取樣平臺(tái)還包括主控臺(tái)，主控臺(tái)包括計(jì)算機(jī)平臺(tái)及與計(jì)算機(jī)平臺(tái)信號(hào)連接的數(shù)據(jù)顯示與控制端，主控臺(tái)經(jīng)通訊機(jī)信號(hào)連接高度計(jì)7、位移計(jì)15、GPS定位模塊和控制艙18，控制艙18信號(hào)連接驅(qū)動(dòng)艙17，驅(qū)動(dòng)艙17分別信號(hào)連接攝像機(jī)5、照明燈6、貫入油缸14、上伸縮油缸、下伸縮油缸和配重油缸20。通過主控臺(tái)調(diào)試、監(jiān)測、控制高度計(jì)7、位移計(jì)15、GPS定位模塊、攝像機(jī)5、照明燈6、貫入油缸14、上伸縮油缸、下伸縮油缸和配重油缸20等。高度計(jì)7實(shí)時(shí)反饋平臺(tái)處于的深度位置；位移計(jì)15用于反饋探測桿/觀測桿/取樣管9的動(dòng)作狀態(tài)，為操作人員的進(jìn)一步操作提供參考；GPS定位模塊用于平臺(tái)的實(shí)時(shí)定位；攝像機(jī)5、照明燈6用于操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)的操作；通過平臺(tái)實(shí)時(shí)控制貫入油缸14、上伸縮油缸、下伸縮油缸和配重油缸20的伸縮動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)貫入、回收等操作。

當(dāng)然，上述說明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。