本实用新型属于海洋工程中原位测试技术领域，涉及一种不同深度海床原位变形测试装置。
背景技术：
随着我国“一带一路”和“海上丝绸之路”的建设，不断向海洋进军成为时代发展的要求。灯塔、海洋风机、海洋油气平台等海洋工程越来越多，这些建筑基础在安装及使用过程中均会与海床产生复杂的相互作用。显然，结构与海床相互作用时海床位移变形的准确测量十分必要，这对于海洋工程结构稳定性与安全具有重要意义。
由于海洋中水压及电离作用，使得海洋工程中的原位测试变得十分困难。特别是深海中，高水压高电离环境使得电子测试设备设计及制造难度巨大。目前没有适合长时间深海环境中的传感器，也没有便捷方便的原位海床位移测试设备及方法。
技术实现要素：
本实用新型提出一种不同深度海床原位变形测试装置，分为下部固定装置和上部测量装置，可以完成不同深度海床原位变形的准确测量。
本实用新型的技术方案：
一种不同深度海床原位变形测试装置，包括深入海床下部的固定装置和海床上部的测量装置；
所述的固定装置包括基轴和支撑固定装置；
所述的基轴包括外圆筒1、套筒2、约束块3和钻头4，外圆筒1表面每隔一定高度留有一个圆形洞口，用来平衡内外水压，套筒2套装于外圆筒1外部；套筒2筒内设置有滑槽5、卡槽6、弹簧一7、挡板8、垂直于约束块的固定杆9和控制面10，两约束块3对称设置于套筒2两边，滑槽5设置在套筒2内部，保证约束块3沿一定轨道移动；弹簧一7设置于滑槽5内部，其一端固定在约束块3端部，另一端固定在控制面10上，用于驱动约束块3移动；挡板8为l型板，其一支板卡在滑槽5端部的卡槽6内，弹簧一7拉伸状态由挡板8卡在卡槽6中来实现；挡板8的另一支板位于约束块3上，挡板8的约束作用使得弹簧一7保持拉伸状态；挡板8上设置有挡板圆孔，挡板圆孔和套筒上的圆孔通过绳子和弹簧一7的牵引使约束块3沿轴心回缩；控制面10固定在与约束块3垂直的滑槽5外壁上，用于限制约束块3移动，控制面10上表面的正中心设置有孔洞，此孔洞用于固定测量海床变形的测量线；垂直于约束块3的固定杆9穿过滑槽5，并固定在套筒2内壁上，其为弹簧一7提供滑动通道；测量线从下部固定装置一直竖向延伸到上部测量装置，套筒2外部设有滑道11；钻头4设置于外圆筒1的底部；
所述的支撑固定装置包括圆环一12、固定环13、圆环二14、内支撑杆15、外支撑杆16和弹簧二17；所述外支撑杆16的一端与圆环二14铰接，其中部与内支撑杆15的一端铰接；内支撑杆15的另一端与圆环一12铰接，圆环一12和圆环二14之间设置有弹簧二17，弹簧二17沿套筒2外部的滑道11滑动；圆环一12、固定环13和圆环二14以外圆筒1为轴，同轴设置，且固定环13位于圆环一12和圆环二14之间，固定环13和圆环二14位置均固定，不可上下移动，圆环一12可在弹簧二17的作用向下移动；
所述的测量装置，包括固定架18、竖向滑道19、支架一20、支架二21、角度读数盘22、竖向位移读数盘23及配重设备24；角度读数盘22用于测量海床变形的偏移角度，竖向位移读数盘23安装在海床上用于测量海床的竖向变形量；竖向滑道19位于固定架18内部，竖向滑道19保证基轴处于竖直状态，固定架18起固定作用，用于稳定竖向滑道19；支架一20和支架二21并排平行放置，高度一致，基轴内部测量线横穿于两支架上方的横杆，且横穿位置为横杆中心；支架一20上部横杆有两个角度读数盘22，两个角度读数盘22互垂直，用于读取水平两个方向上移动的角度；支架一20和支架二21上部横杆下表面开有滑道，角度读数盘22均沿支架上部横杆横向移动；测量线横穿支架二21后与配重设备24上表面中心相连，在配重设备24作用测量线竖直向下。
配重设备24为正方体但并不为封闭正方体，下部开口，配重装置上表面中心线有相互垂直的测量尺。
所述钻头4设置于外圆筒1的最底部，当内支撑杆15和外支撑杆16处于初始状态时，钻头4最外边缘距离到外圆筒1距离应大于外支撑杆16外边缘距离到外圆筒1的距离，当下部固定装置固定于测试海床上时，此时钻头最外边缘距离到外圆筒距离1应小于外支撑杆16外边缘距离到外圆筒1的距离。
初始状态时，弹簧一7和弹簧二17均处于拉伸状态；将圆环一12固定在约束块3的上表面，用牵引绳牵引挡板8离开卡槽6，此时处于拉伸状态的弹簧一7受拉回缩并牵引约束块3沿滑槽5向轴心移动，弹簧二17牵引圆环一12向下移动，内支撑杆15和外支撑杆16张开，当圆环一12运动到固定环13的上表面时，阻止圆环一12相对于圆环一12向下运动弹簧二17停止回缩，内支撑杆15的张开过程停止，最终下部固定装置固定于测试海床上。
一种不同深度海床原位变形测试方法，步骤如下：
s1，根据需求选定测点位置与测试深度；
s2，确保固定装置处于初始关闭状态；
s3，调整固定好固定架18、竖向滑道19，将固定装置穿越竖向滑道19，钻到测试深度；
s4，牵引绳牵引挡板8上的圆孔将挡板8拉出卡槽6，使下部固定的内支撑杆15和外支撑杆16打开，固定装置固定于测试海床上；
s5，调整支支架一20和支架二21的位置，使套筒2内的测量线处于竖直状态，并且使测量线在两个角度读数盘22及竖向位移读数盘23上归0，测量套筒2上端与支架横杆之间竖向距离，记为m1；将归0后的角度读数盘22及竖向位移读数盘23沿滑道移动至横杆两端，防止对试验结果的干扰；
s6，开始现场及原位测试；
s7，测试结束后，将角度读数盘22及竖向位移读数盘23
滑动至测量线位置并进行读数，水平方向沿支架左右记为x方向，前后为y方向，竖直为z方向，沿x方向角度记为α，沿y方向角度记为β，竖向位移为m2；沿x、y、z方向位移分别为x1＝m1×tanα，y1＝m1·tanβ，z1＝m2，记为(x1、y1、z1)；
s8，为排出水流等外界因素影响，在远于测点位置增加三组对照组，三组试验结果平均值为(x2、y2、z2)；最终沿三个方向海床位移为(x1±x2、y1±y2、z1±z2)。
本实用新型为一种不同深度海床原位变形测试装置，提出不同深度海床位移测试及计算方法，可以测量不同深度的海床位移及角度。
本实用新型设备结构新颖，使用方便，造价低廉、操作简单，能够较为准确测量不同深度海床沿各个方向的位移，大大提高了海洋工程中的安全性。
本实用新型的设备与测试方法所组成的测试装置能有效克服深海环境中高水压及高电离作用。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型的下部固定装置图。
图3为本实用新型的套筒图。
图中：1外圆筒；2套筒；3约束块；4钻头；5滑槽；6卡槽；7弹簧一；8挡板；9固定杆；10控制面；11套筒滑道；12圆环一；13固定环；14圆环二；15内支撑杆；16外支撑杆；17弹簧二；18固定架；19竖向滑道；20支架一；21支架二；22角度读数盘；23竖向位移读数盘；24配重设备。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1、图2、图3所示，一种不同深度海床原位变形测试装置，包括深入海床下部的固定装置和海床上部的测量装置；
所述的固定装置包括基轴和支撑固定装置；
所述的基轴包括外圆筒1、套筒2、约束块3和钻头4，外圆筒1表面每隔一定高度留有一个圆形洞口，用来平衡内外水压，套筒2套装于外圆筒1外部；套筒2筒内设置有滑槽5、卡槽6、弹簧一7、挡板8、垂直于约束块的固定杆9和控制面10，两约束块3对称设置于套筒2两边，滑槽5设置在套筒2内部，保证约束块3沿一定轨道移动；弹簧一7设置于滑槽5内部，其一端固定在约束块3端部，另一端固定在控制面10上，用于驱动约束块3移动；挡板8为l型板，其一支板卡在滑槽5端部的卡槽6内，弹簧一7拉伸状态由挡板8卡在卡槽6中来实现；挡板8的另一支板位于约束块3上，挡板8的约束作用使得弹簧一7保持拉伸状态；挡板8上设置有挡板圆孔，挡板圆孔和套筒上的圆孔通过绳子和弹簧一7的牵引使约束块3沿轴心回缩；控制面10固定在与约束块3垂直的滑槽5外壁上，用于限制约束块3移动，控制面10上表面的正中心设置有孔洞，此孔洞用于固定测量海床变形的测量线；垂直于约束块3的固定杆9穿过滑槽5，并固定在套筒2内壁上，其为弹簧一7提供滑动通道；测量线从下部固定装置一直竖向延伸到上部测量装置，套筒2外部设有滑道11；钻头4设置于外圆筒1的底部；
所述的支撑固定装置包括圆环一12、固定环13、圆环二14、内支撑杆15、外支撑杆16和弹簧二17；所述外支撑杆16的一端与圆环二14铰接，其中部与内支撑杆15的一端铰接；内支撑杆15的另一端与圆环一12铰接，圆环一12和圆环二14之间设置有弹簧二17，弹簧二17沿套筒2外部的滑道11滑动；圆环一12、固定环13和圆环二14以外圆筒1为轴，同轴设置，且固定环13位于圆环一12和圆环二14之间，固定环13和圆环二14位置均固定，不可上下移动，圆环一12可在弹簧二17的作用向下移动；
所述的测量装置，包括固定架18、竖向滑道19、支架一20、支架二21、角度读数盘22、竖向位移读数盘23及配重设备24；角度读数盘22用于测量海床变形的偏移角度，竖向位移读数盘23安装在海床上用于测量海床的竖向变形量；竖向滑道19位于固定架18内部，竖向滑道19保证基轴处于竖直状态，固定架18起固定作用，用于稳定竖向滑道19；支架一20和支架二21并排平行放置，高度一致，基轴内部测量线横穿于两支架上方的横杆，且横穿位置为横杆中心；支架一20上部横杆有两个角度读数盘22，两个角度读数盘22互垂直，用于读取水平两个方向上移动的角度；支架一20和支架二21上部横杆下表面开有滑道，角度读数盘22均沿支架上部横杆横向移动；测量线横穿支架二21后与配重设备24上表面中心相连，在配重设备24作用测量线竖直向下。
配重设备24为正方体但并不为封闭正方体，下部开口，配重装置上表面中心线有相互垂直的测量尺。
所述钻头4设置于外圆筒1的最底部，当内支撑杆15和外支撑杆16处于初始状态时，钻头4最外边缘距离到外圆筒1距离应大于外支撑杆16外边缘距离到外圆筒1的距离，当下部固定装置固定于测试海床上时，此时钻头最外边缘距离到外圆筒距离1应小于外支撑杆16外边缘距离到外圆筒1的距离。
初始状态时，弹簧一7和弹簧二17均处于拉伸状态；将圆环一12固定在约束块3的上表面，用牵引绳牵引挡板8离开卡槽6，此时处于拉伸状态的弹簧一7受拉回缩并牵引约束块3沿滑槽5向轴心移动，弹簧二17牵引圆环一12向下移动，内支撑杆15和外支撑杆16张开，当圆环一12运动到固定环13的上表面时，阻止圆环一12相对于圆环一12向下运动弹簧二17停止回缩，内支撑杆15的张开过程停止，最终下部固定装置固定于测试海床上。
一种不同深度海床位移测试方法，具体的操作步骤如下：
s1，根据需求选定测点位置与测试深度；s2，确保下部固定装置处于初始关闭状态s3，调整固定好固定架、竖向滑道，将下部固定装置穿越竖向滑道，钻到测试深度；s4，牵引绳牵引所述挡板圆孔将挡板拉出所述卡槽二，使下部固定的内外支撑打开，下部固定装置固定于测试海床上；s5，调整支架一二位置，使套筒内的测量线处于竖直状态，并且使测量线在两个角度读数盘及竖向位移读数盘上归0，测量套筒上端与支架横杆之间竖向距离，记为m1。将归0后的角度读数盘及竖向位移读数盘沿滑道移动至横杆两端，防止对试验结果的干扰；s6，开始现场及原位测试；s7，测试结束后，将角度读数盘及竖向位移读数盘滑动至测量线位置并进行读数，水平方向沿支架左右记为x方向，前后为y方向，竖直为z方向，沿x方向角度记为α,沿y方向角度记为β，竖向位移为m2。沿x、y、z方向位移分别为x1＝m1×tanα，y1＝m1·tanβ，z1＝m2，记为(x1、y1、z1)。s8，为排出水流等外界因素影响，在远于测点位置增加三组对照组，三组试验结果平均值为(x2、y2、z2)。最终沿三个方向海床位移为(x1±x2、y1±y2、z1±z2)。
利用本实用新型一种不同深度海床位移测试装置，提出不同深度海床位移测试及计算方法，可以测量不同深度的海床位移及角度。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种不同深度海床原位变形测试装置，其特征在于，该不同深度海床原位变形测试装置包括深入海床下部的固定装置和海床上部的测量装置；
所述的固定装置包括基轴和支撑固定装置；
所述的基轴包括外圆筒(1)、套筒(2)、约束块(3)和钻头(4)，外圆筒(1)表面每隔一定高度留有一个圆形洞口，用来平衡内外水压，套筒(2)套装于外圆筒(1)外部；套筒(2)筒内设置有滑槽(5)、卡槽(6)、弹簧一(7)、挡板(8)、垂直于约束块的固定杆(9)和控制面(10)，两约束块(3)对称设置于套筒(2)两边，滑槽(5)设置在套筒(2)内部，保证约束块(3)沿一定轨道移动；弹簧一(7)设置于滑槽(5)内部，其一端固定在约束块(3)端部，另一端固定在控制面(10)上，用于驱动约束块(3)移动；挡板(8)为l型板，其一支板卡在滑槽(5)端部的卡槽(6)内，弹簧一(7)拉伸状态由挡板(8)卡在卡槽(6)中来实现；挡板(8)的另一支板位于约束块(3)上，挡板(8)的约束作用使得弹簧一(7)保持拉伸状态；挡板(8)上设置有挡板圆孔，挡板圆孔和套筒上的圆孔通过绳子和弹簧一(7)的牵引使约束块(3)沿轴心回缩；控制面(10)固定在与约束块(3)垂直的滑槽(5)外壁上，用于限制约束块(3)移动，控制面(10)上表面的正中心设置有孔洞，此孔洞用于固定测量海床变形的测量线；垂直于约束块(3)的固定杆(9)穿过滑槽(5)，并固定在套筒(2)内壁上，其为弹簧一(7)提供滑动通道；测量线从下部固定装置一直竖向延伸到上部测量装置，套筒(2)外部设有滑道(11)；钻头(4)设置于外圆筒(1)的底部；
所述的支撑固定装置包括圆环一(12)、固定环(13)、圆环二(14)、内支撑杆(15)、外支撑杆(16)和弹簧二(17)；所述外支撑杆(16)的一端与圆环二(14)铰接，其中部与内支撑杆(15)的一端铰接；内支撑杆(15)的另一端与圆环一(12)铰接，圆环一(12)和圆环二(14)之间设置有弹簧二(17)，弹簧二(17)沿套筒(2)外部的滑道(11)滑动；圆环一(12)、固定环(13)和圆环二(14)以外圆筒(1)为轴，同轴设置，且固定环(13)位于圆环一(12)和圆环二(14)之间，固定环(13)和圆环二(14)位置均固定，不可上下移动，圆环一(12)可在弹簧二(17)的作用向下移动；
所述的测量装置，包括固定架(18)、竖向滑道(19)、支架一(20)、支架二(21)、角度读数盘(22)、竖向位移读数盘(23)及配重设备(24)；角度读数盘(22)用于测量海床变形的偏移角度，竖向位移读数盘(23)安装在海床上用于测量海床的竖向变形量；竖向滑道(19)位于固定架(18)内部，竖向滑道(19)保证基轴处于竖直状态，固定架(18)起固定作用，用于稳定竖向滑道(19)；支架一(20)和支架二(21)并排平行放置，高度一致，基轴内部测量线横穿于两支架上方的横杆，且横穿位置为横杆中心；支架一(20)上部横杆有两个角度读数盘(22)，两个角度读数盘(22)互垂直，用于读取水平两个方向上移动的角度；支架一(20)和支架二(21)上部横杆下表面开有滑道，角度读数盘(22)均沿支架上部横杆横向移动；测量线横穿支架二(21)后与配重设备(24)上表面中心相连，在配重设备(24)作用下使测量线竖直向下；
所述的钻头(4)设置于外圆筒(1)的最底部，当内支撑杆(15)和外支撑杆(16)处于初始状态时，钻头(4)最外边缘距离到外圆筒(1)距离应大于外支撑杆(16)外边缘距离到外圆筒(1)的距离，当下部固定装置固定于测试海床上时，此时钻头最外边缘距离到外圆筒(1)距离应小于外支撑杆(16)外边缘距离到外圆筒(1)的距离；
初始状态时，弹簧一(7)和弹簧二(17)均处于拉伸状态；将圆环一(12)固定在约束块(3)的上表面，用牵引绳牵引挡板(8)离开卡槽(6)，此时处于拉伸状态的弹簧一(7)受拉回缩并牵引约束块(3)沿滑槽(5)向轴心移动，弹簧二(17)牵引圆环一(12)向下移动，内支撑杆(15)和外支撑杆(16)张开，当圆环一(12)运动到固定环(13)的上表面时，阻止圆环一(12)相对于圆环一(12)向下运动弹簧二(17)停止回缩，内支撑杆(15)的张开过程停止，最终下部固定装置固定于测试海床上。
2.根据权利要求1所述的不同深度海床原位变形测试装置，其特征在于，所述的配重设备(24)为正方体但并不为封闭正方体，下部开口，配重装置上表面中心线有相互垂直的测量尺。
技术总结