模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统的制作方法

1.本发明涉及模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验技术领域，尤其涉及一种模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统。


背景技术：

2.在立管触地点海床扰动领域的研究中，有不少问题与海床和立管振动有关，例如钢悬链立管触地点疲劳寿命研究，海床沟槽形成，立管振动对触地点沟槽形状的影响等等，研究前述现象都需要多种形式的模拟海床来进行缩尺比试验，以便通过宏观的测量并结合理论推导得出解决方法。
3.其中，对于试验所需海床试验槽，海床的断层形式会严重影响立管的疲劳寿命和沟槽形成过程，目前少有能够模拟立管触地点海床断层的试验方法和系统，大部分海床均采用固定的土槽。同时，立管内的流体通常是不均匀的，包括水、空气、原油等多种液体，这种多相流的传输会导致管道的振动，对立管触地点的沟槽形成产生影响，目前少有在立管触地点模拟试验中考虑多相流影响的试验系统。
4.因此，需要开发一种试验系统使海床土体能够产生不同形式的断层，进而研究海床断层对立管触地点沟槽形成和立管疲劳寿命的影响，确保试验的准确性和可靠性，为钢悬链线立管的设计提供可靠的依据。


技术实现要素：

5.针对上述问题中的至少一者，本发明提供一种模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统，旨在实现模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验，其能够模拟立管触地段海床的多角度断层，包括垂向断层(第一断层)、以及斜向断层和水平断层(第二断层)，并且还能够模拟立管内多相流引起的振动对海床沟槽和立管疲劳寿命的影响。
6.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
7.一种模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统，其包括：混凝土槽，内形成有试验空间；立管，限定于所述试验空间内；海床断层模拟装置，位于所述立管下方且其上适于设置土体，其包括海床断层圆盘、垂向移动组件和横向移动组件，所述海床断层圆盘包括彼此分离的第一盘体和第二盘体，所述垂向移动组件适于使所述第一盘体和所述第二盘体发生沿笛卡尔坐标系中z轴方向的相对移动，而使所述土体形成第一断层，所述横向移动组件适于使所述第一盘体和所述第二盘体在所述笛卡尔坐标系中x轴和y轴跨越的xy平面内发生相对移动，而使所述土体形成第二断层；立管加载装置，适于使所述立管在所述x轴方向、所述y轴方向和所述z轴向方向移动，而调节所述立管位置和在所述土体上形成沟壑；以及多相流模拟装置，适于输入预设类型的气体和液体至所述立管内。
8.在本发明至少一实施例提供的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统中，所述第一盘体和所述第二盘体之间形成一缝隙，所述缝隙与所述y轴形成一倾斜角；所述海床断层圆盘适于在所述xy平面上转动，而改变所述倾斜角的数值。
9.在本发明至少一实施例提供的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统中，所述倾斜角选自范围(0
°
，90
°
)；所述横向移动组件适于驱动使所述第二盘体和所述第一盘体发生沿一斜向的相对移动，所述斜向与所述y轴形成与所述倾斜角相等的夹角。
10.在本发明至少一实施例提供的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统中，所述海床断层模拟装置还包括侧向挡板，所述横向移动组件、所述斜向移动组件、所述第一盘体和所述第二盘体沿所述y轴方向的两侧均连接有朝上延伸的所述侧向挡板，以形成适于容置土体的土槽。
11.在本发明至少一实施例提供的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统中，所述海床断层圆盘的外周沿呈圆弧形，所述第一盘体和所述第二盘体呈中心对称设置；所述垂向移动组件包括垂向运动底板和第一液压油缸，所述垂向运动底板的一端配置为半圆形端面以固定连接所述第一盘体远离所述缝隙的侧沿，其下侧通过间隔的多个所述第一液压油缸连接至所述混凝土槽的底壁，所述第一液压油缸适于驱动所述垂向运动底板沿所述z轴方向移动。
12.在本发明至少一实施例提供的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统中，所述横向移动组件包括斜向运动底板、倾斜挡板、第二液压油缸和第三液压油缸，所述斜向运动底板的一端配置为半圆形端面以固定连接所述第二盘体远离所述缝隙的侧沿，其沿所述y轴方向的两侧设置有所述倾斜挡板，所述第二液压油缸适于调节所述倾斜挡板以使所述倾斜挡板与所述斜向相垂直，所述第三液压油缸相对于所述混凝土槽固定设置，且其具有半球形端部用以可滑动地抵推所述倾斜挡板的外侧面。
13.在本发明至少一实施例提供的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统中，所述垂向运动底板和所述斜向运动底板沿所述y轴方向的两侧边沿均设置有安装凹槽；所述侧向挡板包括多个独立挡板，多个所述独立挡板的下端适于安装于所述安装凹槽且通过铰链依次连接，多个所述独立挡板的上端使用固定杆固定，所述侧向挡板安装后覆盖至所述缝隙的端部位置。
14.在本发明至少一实施例提供的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统中，所述第一盘体和第二盘体在靠近所述缝隙的下侧边沿设置有朝下延伸的垂向挡板，用以在形成垂向断层时，防止所述土体从所述第一盘体和第二盘体因高度差产生的空隙处掉落。
15.在本发明至少一实施例提供的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统中，所述立管加载装置包括第四液压油缸、滑轨、固定支座、第五液压油缸、底座、第六液压油缸、连接杆和横梁；所述滑轨配置为两个且分设于所述混凝土槽沿所述y轴方向的两侧壁体上端，所述第四液压油缸设于所述混凝土槽壁体上端靠近所述滑轨的位置；所述固定支座的下侧设置有多个第一定向滑环用以可滑动连接于所述滑轨，上侧间隔设置有所述第五液压油缸和沿所述x轴方向的至少两根滑杆；所述底座的下侧设置有多个第二定向滑环用以可滑动连接于所述滑杆，上侧间隔地设置朝上延伸的所述第六液压油缸，中间位置开设有第一通孔用以设置所述连接杆，所述第六液压油缸的上端设置所述横梁；所述连接杆内设置有通水孔道且上端固定连接所述横梁，下端适于固定连接所述立管远离所述接口的一端；所述第四液压油缸用于使所述固定支座沿所述y轴方向移动，所述第五液压油缸用于使所述底座沿所述x轴方向移动，所述第六液压油缸用于使所述横梁沿所述z轴方向移动。
16.在本发明至少一实施例提供的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统中，所述连接杆的下端焊接有第一法兰，所述立管的两端分别焊接有与所述第一法兰连接的第二法兰、和与所述多相流模拟装置输出端连接的第三法兰。
17.在本发明至少一实施例提供的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统中，所述底座开设有自所述第一通孔连通至其侧壁的第二通孔，所述第一通孔内设置有水密阀门，所述水密阀门的外周壁开设有与所述第二通孔连通的第一出水孔，且内周壁设置有水密接口，所述连接杆开设有第二出水孔，在所述连接杆沿所述z轴方向移动时所述第二出水孔的移动范围限定在所述水密接口范围内，以能够排水至所述水密阀门内，所述第二通孔通过外接管道排液至废液收集装置。
18.在本发明至少一实施例提供的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统中，所述多相流模拟装置包括双通管、第一三通阀、第二三通阀、第一伺服电机、第二伺服电机、高压气泵和高压流体舱；所述混凝土槽端部设有接口用以供所述所述双通管穿置，且所述双通管的输出端设置有第四法兰用以连接所述立管，两个输入端中的第一者通过所述第一三通阀连通至所述高压气泵，第二者通过所述第二三通阀连通至所述高压流体舱，所述第一伺服电机和所述第二伺服电机分别适于控制所述第一三通阀和所述第二三通阀的流量。
19.本发明由于采取以上技术方案，其具有至少以下优点：
20.海床断层圆盘等上侧设置土体，混凝土槽内可以充满水，静置至土体固结，立管的一端与多相流模拟装置连接，另一端与立管加载装置连接。其中，海床断层圆盘包括彼此分离的第一盘体和第二盘体，垂向移动组件适于使所述第一盘体和所述第二盘体发生沿笛卡尔坐标系中z轴方向的相对移动，从而使得第一盘体和第二盘体上的土体在z轴方向产生第一断层，该第一断层为垂向断层，横向移动组件适于使第一盘体和第二盘体在所述笛卡尔坐标系中x轴和y轴跨越的xy平面内发生相对移动，从而使得第一盘体和第二盘体上的土体形成第二断层，该第二断层包括沿x轴方向和y轴方向相对移动形成的水平断层、以及沿x轴方向和y轴方向之间的斜向相对移动形成的斜向断层，也即本发明能够模拟立管触地段海床的多角度断层。
21.进一步地，立管加载装置，适于使立管在x轴方向、y轴方向和z轴向方向移动，从而可以控制立管的位置以及姿态，使立管靠近、接触和远离海床断层模拟装置上的土体，通过立管反复碰撞土体从而在其上产生沟壑，并且地，立管内可以由多相流模拟装置输入不同类型的混合流体，包括输入不同比例的气液混合流体，从而可模拟立管内多相流引起的振动对海床沟槽和立管疲劳寿命的影响。
附图说明
22.图1为本发明至少一实施例提供的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统的结构示意图；
23.图2为本发明至少一实施例提供的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统另一视角的结构示意图；
24.图3为本发明至少一实施例中的土体形成的海床的示意图；
25.图4为本发明至少一实施例提供的锌合金带线锚钉的海床断层模拟装置的结构示
意图；
26.图5为本发明至少一实施例提供的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统的分解图；
27.图6为本发明至少一实施例提供的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统的底座及与之相临近的部分结构示意图；
28.图7为本发明至少一实施例提供的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统的多相流模拟装置的结构示意图。
29.附图中标记：
30.1为海床断层模拟装置；
31.2为立管加载装置；
32.3为多相流模拟装置；
33.4为立管；
34.5为混凝土槽；
35.6为土体；
36.7为沟槽；
37.8为垂向运动底板；
38.9为第一液压油缸；
39.10为侧向挡板；
40.11为独立挡板；
41.12为铰链；
42.13为垂向移动底板上的安装凹槽；
43.14为固定杆；
44.15为海床断层圆盘；
45.16为垂向挡板；
46.17为斜向运动底板；
47.18为斜向移动底板上的安装凹槽；
48.19为倾斜挡板；
49.20为第二液压油缸；
50.21为第三液压油缸；
51.22为第一法兰；
52.23为连接杆；
53.24为水密阀门；
54.25为第二出水孔；
55.26为水密接口；
56.27为第二通孔；
57.28为横梁；
58.29为底座；
59.30为第二定向滑环；
60.31为滑杆；
61.32为第五液压油缸；
62.33为滑轨；
63.34为第四液压油缸；
64.35为第四法兰；
65.36为第六液压油缸；
66.37为第一三通阀；
67.38为第一伺服电机；
68.39为双通管的两个输入端中的第一者；
69.40为高压流体舱；
70.41为第二三通阀；
71.42为第七法兰；
72.43为双通管的两个输入端中的第二者；
73.44为第六法兰。
具体实施方式
74.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
75.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
76.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
77.在立管触地点海床扰动领域的研究中，有不少问题与海床和立管振动有关，例如钢悬链立管触地点疲劳寿命研究，海床沟槽形成，立管振动对触地点沟槽形状的影响等等，研究前述现象都需要多种形式的模拟海床来进行缩尺比试验，以便通过宏观的测量并结合理论推导得出解决方法。对于试验所需海床试验槽，海床的断层形式会严重影响立管的疲劳寿命和沟槽形成过程，目前少有能够模拟立管触地点海床断层的试验方法和系统，大部分海床均采用固定的土槽。同时，立管内的流体通常是不均匀的，包括水、空气、原油等多种液体，这种多相流的传输会导致管道的振动，对立管触地点的沟槽形成产生影响，目前少有在立管触地点模拟试验中考虑多相流影响的试验系统。
78.有鉴于此，本发明实施例提供一种模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统，能够实现模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验，具体地，其通过在海床断层模拟装置使第一盘体和第二盘体发生沿笛卡尔坐标系中z轴方向、以及在笛卡尔坐标系中x轴和
y轴跨越的xy平面内的相对移动，而使能够模拟出立管触地段海床的多角度断层，包括垂向断层(第一断层)、以及斜向断层和水平断层(第二断层)，进一步地，还能够模拟立管内多相流引起的振动对海床沟槽和立管疲劳寿命的影响。
79.参照图1至图7所示，本发明至少一个实施例提供一种模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统，包括：混凝土槽5、立管4、海床断层模拟装置1、立管加载装置2以及多相流模拟装置3。混凝土槽5内形成有试验空间；立管4限定于试验空间内；海床断层模拟装置1位于立管4下方且其上适于设置土体6，其包括海床断层圆盘15、垂向移动组件和横向移动组件，海床断层圆盘15包括彼此分离的第一盘体和第二盘体，垂向移动组件适于使第一盘体和第二盘体发生沿笛卡尔坐标系中z轴方向的相对移动，而使土体6形成第一断层，横向移动组件适于使第一盘体和第二盘体在笛卡尔坐标系中x轴和y轴跨越的xy平面内发生相对移动，而使土体6形成第二断层；立管加载装置2适于使立管4在x轴方向、y轴方向和z轴向方向移动，而调节立管4位置和在土体6上形成沟壑；多相流模拟装置3适于输入预设类型的气体和液体至立管4内。
80.上述实施例的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统中，海床断层圆盘15等上侧设置土体6，混凝土槽5内可以充满水，静置至土体6固结，立管4的一端与多相流模拟装置3连接，另一端与立管加载装置2连接。其中，海床断层圆盘15包括彼此分离的第一盘体和第二盘体，垂向移动组件适于使第一盘体和第二盘体发生沿笛卡尔坐标系中z轴方向的相对移动，从而使得第一盘体和第二盘体上的土体6在z轴方向产生第一断层，该第一断层为垂向断层，横向移动组件适于使第一盘体和第二盘体在笛卡尔坐标系中x轴和y轴跨越的xy平面内发生相对移动，从而使得第一盘体和第二盘体上的土体6形成第二断层，该第二断层包括沿x轴方向和y轴方向相对移动形成的水平断层、以及沿x轴方向和y轴方向之间的斜向相对移动形成的斜向断层，也即本发明能够模拟立管4触地段海床的多角度断层。
81.进一步地，立管加载装置2，适于使立管4在x轴方向、y轴方向和z轴向方向移动，从而可以控制立管4的位置以及姿态，使立管4靠近、接触和远离海床断层模拟装置1上的土体6，通过立管4反复碰撞土体6从而在其上产生沟壑，并且地，立管4内可以由多相流模拟装置3输入不同类型的混合流体，包括输入不同比例的气液混合流体，从而可模拟立管4内多相流引起的振动对海床沟槽7和立管4疲劳寿命的影响。
82.下面，结合附图对本发明实施例提供的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统进行详细的说明。
83.例如，混凝土槽5配置为为半封箱结构，其整体形状呈长方体状或者是接近于长方体的形状。
84.例如，本发明实施例中，立管4整体的长度方向与混凝土槽5的长度方向一致，而在立管4移动过程中，立管4整体的长度方向与混凝土槽5的长度方向可以适应性存在偏差。
85.需要说明的是，例如对于方向的限定，为了便于描述，本发明至少一实施例以混凝土槽5的宽度方向为x轴、长度方向为y轴、及高度方向为z轴，建立笛卡尔坐标系。但是本发明具体的各方向均为相对于彼此的元件或动作的相对方位，这并非是限制性的。
86.例如，海床断层模拟装置1设置在试验空间的底部的中间位置，立管4的两端分别靠近混凝土槽5长度方向的两端进行设置。例如，立管4长度方向的一端固定地连接于混凝土槽5长度方向的第一端，立管4相背离的另一端朝混凝土槽5长度方向的第二端延伸且由
立管加载装置2驱动连接，立管加载装置2运行而驱动立管4移动。
87.例如，在本发明至少一实施例中，第一盘体和第二盘体之间形成一缝隙，缝隙与y轴形成一倾斜角；海床断层圆盘15适于在xy平面上转动，而改变倾斜角的数值。如此地，第一盘体和第二盘体之间相对移动，而形成不同尺寸和/或不同方向和/或不同形状的缝隙，从而，土体6从缝隙处掉落而形成各种类型的断层。例如，海床断层圆盘15转动而能够改变缝隙也即断层的方向，可以使断层与立管4之间形成的夹角被改变。
88.例如，参照图4所示，在本发明至少一实施例中，倾斜角选自范围(0
°
，90
°
)；横向移动组件适于驱动使第二盘体和第一盘体发生沿一斜向的相对移动，斜向与y轴形成与倾斜角相等的夹角。如此地，第二盘体和第一盘体发生的相对移动方向介于x轴方向和y轴方向之间，第一盘体和第二盘体之间的缝隙的延伸方向同样介于x轴方向和y轴方向之间，如此形成的断层为斜向断层。
89.例如，在本发明一个示例中，倾斜角的数值为10
°
、20
°
、30
°
、40
°
、50
°
、60
°
、70
°
或者80
°
。需要说明的是，倾斜角的开口朝向可以不作具体限定。
90.例如，参照图4所示，在本发明至少一实施例中，海床断层模拟装置1还包括侧向挡板10，横向移动组件、斜向移动组件、第一盘体和第二盘体沿y轴方向的两侧均连接有朝上延伸的侧向挡板10，以形成适于容置土体6的土槽。如此地，通过侧向挡板10在横向移动组件、斜向移动组件、第一盘体和第二盘体形成一个设置土体6的土槽，以将土体6限定在土槽范围内，在立管4进行反复振动时，土体6能够限定于原来位置以利于试验进行。
91.例如，参照图4所示，在本发明至少一实施例中，海床断层圆盘15的外周沿呈圆弧形，第一盘体和第二盘体呈中心对称设置；垂向移动组件包括垂向运动底板8和第一液压油缸9，垂向运动底板8的一端配置为半圆形端面以固定连接第一盘体远离缝隙的侧沿，其下侧通过间隔的多个第一液压油缸9连接至混凝土槽5的底壁，第一液压油缸9适于驱动垂向运动底板8沿z轴方向移动。
92.如此地，可以实现驱动第一盘体和第二盘体发生沿z轴方向的相对移动。
93.例如，垂向运动底板8位于第一盘体背离第二盘体的一侧。
94.例如，海床断层圆盘15的外周沿呈圆弧形也即第一盘体的外周沿呈圆弧形，如此能够与垂向运动底板8的半圆形端面相适配，在第一盘体转动后，两者的相接处仍然相适配而能够保证对土体6的密封性。例如，在本发明一个示例中，第一盘体的外周沿设置沿径向延伸的卡槽，垂向运动底板8的半圆形端面设置与卡槽相嵌合的凸块。在本发明另一示例中，第一盘体与垂向运动底板8也可以通过磁性件实现相接。
95.例如，第一盘体和第二盘体的形状相同，均为半圆形。当然地，在其他实施例中，第一盘体的第二盘体的形状可以不相一致，例如，第一盘体和第二盘体均配置为圆缺形，且第一盘体的缺口大于第二盘体的缺口。
96.例如，第一液压油缸9可选地设置为四个，四个第一液压油缸9呈矩形分布地靠近垂向运动底板8的角部设置。
97.然本设计不限于此，在其他实施例中，第一液压油缸9也可以配置为例如电机驱动装置。
98.例如，参照图4所示，在本发明至少一实施例中，横向移动组件包括斜向运动底板17、倾斜挡板19、第二液压油缸20和第三液压油缸21，斜向运动底板17的一端配置为半圆形
端面以固定连接第二盘体远离缝隙的侧沿，其沿y轴方向的两侧设置有倾斜挡板19，第二液压油缸20适于调节倾斜挡板19以使倾斜挡板19与斜向相垂直，第三液压油缸21相对于混凝土槽5固定设置，且其具有半球形端部用以可滑动地抵推倾斜挡板19的外侧面。
99.如此地，可以实现驱动第一盘体和第二盘体发生沿斜向的相对移动。
100.例如，斜向运动底板17位于第二盘体背离第一盘体的一侧。
101.例如，斜向运动底板17的半圆形端面与第二盘体的圆弧形外周沿相适配，第二盘体在转动预定角度之后，两者的相接处仍然相适配而能够保证对土体6的密封性。例如，在本发明一个示例中，第二盘体的外周沿设置沿径向延伸的母扣，斜向运动底板17的半圆形端面设置与该母扣相适配的公扣。在本发明另一示例中，第二盘体与斜向运动底板17也可以通过磁性件实现相接。
102.例如，倾斜挡板19、第二液压油缸20和第三液压油缸21均设置为四个。四个倾斜挡板19呈矩形分布地铰接于斜向运动底板17的侧沿，第二液压油缸20设于倾斜挡板19的内侧以调节倾斜挡板19的倾斜角度。第三液压油缸21对应倾斜挡板19的外侧固定设置于例如混凝土槽5内侧壁面上。当第三液压油缸21运行，其端部抵推倾斜挡板19的外侧面，而使斜向运动底板17沿斜向移动。
103.然本设计不限于此，在其他实施例中，第二液压油缸20和第三液压油缸21也可以配置为例如电机驱动装置。
104.例如，参照图4所示，在本发明至少一实施例中，垂向运动底板8和斜向运动底板17沿y轴方向的两侧边沿均设置有安装凹槽13(18)；侧向挡板10包括多个独立挡板11，多个独立挡板11的下端适于安装于安装凹槽13(18)且通过铰链12依次连接，多个独立挡板11的上端使用固定杆14固定，侧向挡板10安装后覆盖至缝隙的端部位置，以能够维持住第一盘体和第二盘体上的土体6。如此地，侧向挡板10能够弯曲延伸设置以适应垂向运动底板8和斜向运动底板17等的设置位置和延伸方向，且其通过拆解组装不同数量的独立挡板11具有不同的长度。
105.例如，参照图4所示，在本发明至少一实施例中，第一盘体和第二盘体在靠近缝隙的下侧边沿设置有朝下延伸的垂向挡板16，用以在形成垂向断层时，防止土体6从第一盘体和第二盘体因高度差产生的空隙处掉落。例如，垂向挡板16朝下延伸的尺寸大于等于在形成垂向断层时第一盘体和第二盘体之间产生的高度差。
106.例如，参照图5所示，在本发明至少一实施例中，立管加载装置2包括第四液压油缸34、滑轨33、固定支座、第五液压油缸32、底座29、第六液压油缸36、连接杆23和横梁28。
107.例如，滑轨33配置为两个且分设于混凝土槽5沿y轴方向的两侧壁体上端，第四液压油缸34设于混凝土槽5壁体上端靠近滑轨33的位置。
108.例如，固定支座的下侧设置有多个第一定向滑环用以可滑动连接于滑轨33，上侧间隔设置有第五液压油缸32和沿x轴方向的至少两根滑杆31。其中，第一定向滑环可选地设置为矩形分布的四个。进一步地，滑杆31设置为例如两根。
109.例如，底座29的下侧设置有多个第二定向滑环30用以可滑动连接于滑杆31，上侧间隔地设置朝上延伸的第六液压油缸36，中间位置开设有第一通孔用以设置连接杆23，第六液压油缸36的上端设置横梁28。其中，第二定向滑环30可选地设置为矩形分布的四个。进一步地，第六液压油缸36设置为例如两个。然本设计不限于此，在其他实施例中，第六液压
油缸36也可以配置为例如电机驱动组件。
110.例如，连接杆23内设置有通水孔道且上端固定连接横梁28，下端适于固定连接立管4远离接口的一端。
111.例如，第四液压油缸34用于使固定支座沿y轴方向移动，第五液压油缸32用于使底座29沿x轴方向移动，第六液压油缸36用于使横梁28沿z轴方向移动。如此地，便能够实现立管加载装置2驱动立管4在x轴方向、y轴方向和z轴向方向移动。
112.例如，参照图5所示，在本发明至少一实施例中，连接杆23的下端焊接有第一法兰22，立管4的两端分别焊接有与第一法兰22连接的第二法兰、和与多相流模拟装置3输出端连接的第三法兰。如此地，能够实现立管4与连接杆23和多相流模拟装置3的可拆卸相接。
113.例如，参照图6所示，在本发明至少一实施例中，底座29开设有自第一通孔连通至其侧壁的第二通孔27，第一通孔内设置有水密阀门24，水密阀门24的外周壁开设有与第二通孔27连通的第一出水孔，且内周壁设置有水密接口26，连接杆23开设有第二出水孔，在连接杆23沿z轴方向移动时第二出水孔的移动范围限定在水密接口26范围内，以能够排水至水密阀门24内，第二通孔27通过外接管道排液至废液收集装置。如此地，立管4内的流体经水密接口26和水密阀门24进入第二通孔27，再经外接管道排液至例如废液收集桶进行收集。
114.例如，参照图7所示，在本发明至少一实施例中，多相流模拟装置3包括双通管、第一三通阀37、第二三通阀41、第一伺服电机38、第二伺服电机、高压气泵和高压流体舱40。混凝土槽5端部设有接口用以供双通管穿置，且双通管的输出端设置有第四法兰35用以连接立管4的第三法兰，两个输入端中的第一者39通过第一三通阀37连通至高压气泵，第二者43通过第二三通阀41连通至高压流体舱40，第一伺服电机38和第二伺服电机分别适于控制第一三通阀37和第二三通阀41的流量。
115.进一步地，参照图7所示，第一三通阀37的流体输入端设置有第五法兰，高压气泵的输出端设置有第六法兰44用以连接第五法兰，第二三通阀41的流体输入端设置有第七法兰42，高压流体舱40的输出端设置有第八法兰用以连接第七法兰42。
116.例如，参照图1至图7所示，下面提供本发明至少一实施例中的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统的操作方法：
117.确定海床(土体6)断层与沟槽7之间的夹角，定义为倾斜角度θ；确定海床沟槽7断层距离，定义为海床水平位移距离l；确定海床平面垂直方向的高度差值，定义为海床抬升高度h。调节海床断层圆盘15缝隙的倾斜角度θ，并确保海床初始状态为在同一水平面上。将侧向挡板10铺开，其端部固定在海床断层圆盘15靠近断层处，下端固定于凹槽，上端用固定杆14固定。调节斜向运动底板17两侧的倾斜挡板19的倾斜角度，使第三液压油缸21可以推动倾斜挡板19而使海床朝斜向运动。安装好立管加载装置2和立管4后，连接并开启多相流模拟装置3，使立管4发生振动，模拟真实工况中立管4状态。
118.开启立管加载装置2，使立管4反复运动，在海床上形成沟槽7。当沟槽7不再出现明显变化，抬升立管4离开海床，并开启海床的各液压油缸使海床土体6出现断层，例如使一侧海床高度抬升h，断层沿x轴方向移动l。因土体6发生断层，立管4再次接触海床将形成新的沟槽7，再次过程中立管4疲劳寿命将大幅度降低，进而研究海床断层对立管4疲劳寿命的影响。
119.需要说明的是，全文中的“和/或”包括三个方案，以“a和/或b”为例，包括a技术方案、b技术方案，以及a和b同时满足的技术方案。
120.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统，其特征在于，包括：混凝土槽，内形成有试验空间；立管，限定于所述试验空间内；海床断层模拟装置，位于所述立管下方且其上适于设置土体，其包括海床断层圆盘、垂向移动组件和横向移动组件，所述海床断层圆盘包括彼此分离的第一盘体和第二盘体，所述垂向移动组件适于使所述第一盘体和所述第二盘体发生沿笛卡尔坐标系中z轴方向的相对移动，而使所述土体形成第一断层，所述横向移动组件适于使所述第一盘体和所述第二盘体在所述笛卡尔坐标系中x轴和y轴跨越的xy平面内发生相对移动，而使所述土体形成第二断层；立管加载装置，适于使所述立管在所述x轴方向、所述y轴方向和所述z轴向方向移动，而调节所述立管位置和在所述土体上形成沟壑；以及多相流模拟装置，适于输入预设类型的气体和液体至所述立管内。2.根据权利要求1所述的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统，其特征在于，所述第一盘体和所述第二盘体之间形成一缝隙，所述缝隙与所述y轴形成一倾斜角；所述海床断层圆盘适于在所述xy平面上转动，而改变所述倾斜角的数值。3.根据权利要求2所述的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统，其特征在于，所述倾斜角选自范围(0
°
，90
°
)；所述横向移动组件适于驱动使所述第二盘体和所述第一盘体发生沿一斜向的相对移动，所述斜向与所述y轴形成与所述倾斜角相等的夹角。4.根据权利要求3所述的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统，其特征在于，所述海床断层模拟装置还包括侧向挡板，所述横向移动组件、所述斜向移动组件、所述第一盘体和所述第二盘体沿所述y轴方向的两侧均连接有朝上延伸的所述侧向挡板，以形成适于容置土体的土槽。5.根据权利要求4所述的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统，其特征在于，所述海床断层圆盘的外周沿呈圆弧形，所述第一盘体和所述第二盘体呈中心对称设置；所述垂向移动组件包括垂向运动底板和第一液压油缸，所述垂向运动底板的一端配置为半圆形端面以固定连接所述第一盘体远离所述缝隙的侧沿，其下侧通过间隔的多个所述第一液压油缸连接至所述混凝土槽的底壁，所述第一液压油缸适于驱动所述垂向运动底板沿所述z轴方向移动。6.根据权利要求5所述的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统，其特征在于，所述横向移动组件包括斜向运动底板、倾斜挡板、第二液压油缸和第三液压油缸，所述斜向运动底板的一端配置为半圆形端面以固定连接所述第二盘体远离所述缝隙的侧沿，其沿所述y轴方向的两侧设置有所述倾斜挡板，所述第二液压油缸适于调节所述倾斜挡板以
使所述倾斜挡板与所述斜向相垂直，所述第三液压油缸相对于所述混凝土槽固定设置，且其具有半球形端部用以可滑动地抵推所述倾斜挡板的外侧面。7.根据权利要求6所述的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统，其特征在于，所述垂向运动底板和所述斜向运动底板沿所述y轴方向的两侧边沿均设置有安装凹槽，所述侧向挡板包括多个独立挡板，多个所述独立挡板的下端适于安装于所述安装凹槽且通过铰链依次连接，多个所述独立挡板的上端使用固定杆固定，所述侧向挡板安装后覆盖至所述缝隙的端部位置；和/或所述第一盘体和第二盘体在靠近所述缝隙的下侧边沿设置有朝下延伸的垂向挡板，用以在形成垂向断层时，防止所述土体从所述第一盘体和第二盘体因高度差产生的空隙处掉落。8.根据权利要求1至7任一项所述的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统，其特征在于，所述立管加载装置包括第四液压油缸、滑轨、固定支座、第五液压油缸、底座、第六液压油缸、连接杆和横梁；所述滑轨配置为两个且分设于所述混凝土槽沿所述y轴方向的两侧壁体上端，所述第四液压油缸设于所述混凝土槽壁体上端靠近所述滑轨的位置；所述固定支座的下侧设置有多个第一定向滑环用以可滑动连接于所述滑轨，上侧间隔设置有所述第五液压油缸和沿所述x轴方向的至少两根滑杆；所述底座的下侧设置有多个第二定向滑环用以可滑动连接于所述滑杆，上侧间隔地设置朝上延伸的所述第六液压油缸，中间位置开设有第一通孔用以设置所述连接杆，所述第六液压油缸的上端设置所述横梁；所述连接杆内设置有通水孔道且上端固定连接所述横梁，下端适于固定连接所述立管远离所述接口的一端；所述第四液压油缸用于使所述固定支座沿所述y轴方向移动，所述第五液压油缸用于使所述底座沿所述x轴方向移动，所述第六液压油缸用于使所述横梁沿所述z轴方向移动。9.根据权利要求8所述的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统，其特征在于，所述连接杆的下端焊接有第一法兰，所述立管的两端分别焊接有与所述第一法兰连接的第二法兰、和与所述多相流模拟装置输出端连接的第三法兰；和/或所述底座开设有自所述第一通孔连通至其侧壁的第二通孔，所述第一通孔内设置有水密阀门，所述水密阀门的外周壁开设有与所述第二通孔连通的第一出水孔，且内周壁设置有水密接口，所述连接杆开设有第二出水孔，在所述连接杆沿所述z轴方向移动时所述第二出水孔的移动范围限定在所述水密接口范围内，以能够排水至所述水密阀门内，所述第二通孔通过外接管道排液至废液收集装置。10.根据权利要求1至7任一项所述的模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统，其特征在于，所述多相流模拟装置包括双通管、第一三通阀、第二三通阀、第一伺服电机、第二伺服电机、高压气泵和高压流体舱；
所述混凝土槽端部设有接口用以供所述所述双通管穿置，且所述双通管的输出端设置有第四法兰用以连接所述立管，两个输入端中的第一者通过所述第一三通阀连通至所述高压气泵，第二者通过所述第二三通阀连通至所述高压流体舱，所述第一伺服电机和所述第二伺服电机分别适于控制所述第一三通阀和所述第二三通阀的流量。

技术总结
本发明公开一种模拟钢悬链立管触地点断层海床扰动的试验系统，其包括：混凝土槽，内形成有试验空间；立管，限定于试验空间内；海床断层模拟装置，包括海床断层圆盘、垂向移动组件和横向移动组件，海床断层圆盘包括第一盘体和第二盘体，垂向移动组件使第一盘体和第二盘体沿Z轴方向发生相对移动而使海床土体产生第一断层，横向移动组件使第二盘体和第一盘体在XY平面内发生相对移动而使土体产生第二断层；立管加载装置，调节立管位置和在土体上形成沟壑。本发明能够使海床土体能够产生不同形式的断层，进而研究海床断层对立管触地点沟槽形成和立管疲劳寿命的影响，确保试验的准确性和可靠性，为钢悬链线立管的设计提供可靠的依据。为钢悬链线立管的设计提供可靠的依据。为钢悬链线立管的设计提供可靠的依据。


技术研发人员：侯静 李达 刘毅 贾鲁生 贾旭 王德军 宋紫君 李琰程 刘华清 付丽宁 张倩楠 庞涛
受保护的技术使用者：中海石油（中国）有限公司北京研究中心
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/10/6