為積極響應(yīng)國務(wù)院發(fā)布的“十四五”海洋經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃,自2021年以來,武漢理工大學(xué)三亞研究院根據(jù)科研隊伍狀況及人才培養(yǎng)需求,有序引進了一系列高端海洋巖土工程測試設(shè)備,并投入實驗室建設(shè)。目前,由歐美大地公司提供的一系列設(shè)備已相繼到位并投入使用。
此前,歐美大地已經(jīng)為中國海洋大學(xué)和浙江大學(xué)位于三亞崖州灣的巖土實驗室提供了一批高質(zhì)量的巖石及土工試驗設(shè)備,目前這些設(shè)備運行狀況良好。
隨著國家海洋戰(zhàn)略的深入實施,海上風(fēng)電、海上鉆井平臺、可燃冰開采以及島礁建設(shè)等重大海洋資源利用和建設(shè)工程相繼展開。這些項目不僅投資巨大、工期長,而且對國民經(jīng)濟和國際聲望具有重要影響。然而,海上建筑物和構(gòu)筑物的工作環(huán)境遠(yuǎn)比陸上復(fù)雜,海底地震、風(fēng)浪侵蝕以及巖土體基礎(chǔ)長期受到高頻動荷載作用,使得海上工程的安全性和穩(wěn)定性面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
武漢理工大學(xué)三亞研究院的成立及其設(shè)備引進,正是為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。研究院引進的三維動單剪系統(tǒng)MDDCSS、水-熱多場耦合雙向動三軸DYNTTS、天然氣水合物加載測試系統(tǒng)ETAS、恒應(yīng)變速率固結(jié)及自動三軸儀CRS、柔性壁滲透系統(tǒng)PERM、彎曲元系統(tǒng)GDSBES,以及可燃冰水合物低溫高壓動三軸測試系統(tǒng)ELCTAS等一系列設(shè)備,將用于土體和巖石的壓縮模量、動靜態(tài)強度、動態(tài)模量、應(yīng)力應(yīng)變特性等海洋工程巖土體力學(xué)指標(biāo)的測試。這些設(shè)備能夠模擬地震、風(fēng)荷載、波浪荷載以及可燃冰開采過程中的低溫高壓等特殊海上工況,為海上工程建設(shè)和可燃冰資源開發(fā)提供更為可靠和全面的科學(xué)依據(jù)。
相較于歐美發(fā)達國家,我國在海洋巖土工程研究方面起步較晚,但近年來在國家的大力主導(dǎo)下,相關(guān)研究穩(wěn)步快速推進。武漢理工大學(xué)三亞研究院等單位的設(shè)備引進,正是我國在這一領(lǐng)域加速追趕的重要體現(xiàn),項目的意義不僅在于提升我國海洋巖土工程研究的技術(shù)水平,更在于適應(yīng)當(dāng)前海洋戰(zhàn)略發(fā)展需求,助力國家重大海洋工程建設(shè),為國家經(jīng)濟建設(shè)服務(wù)!
可燃冰水合物低溫高壓動三軸 ELCTAS
可燃冰水合物低溫高壓動三軸測試系統(tǒng)ELCTAS
試驗操作中
系統(tǒng)基于GDS液壓加載架,在頂部橫梁上安裝一個動態(tài)液壓作動器來施加軸向荷載,可選荷載范圍為100、250kN。該系統(tǒng)能夠控制動態(tài)循環(huán)位移或荷載進行軸向加載,并能與可選的動態(tài)圍壓作動器(徑向應(yīng)力)同步加載,以實現(xiàn)動態(tài)應(yīng)力路徑試驗的高級功能。配置大直徑三軸壓力室,還可以對碎石等粗顆粒試樣進行試驗。
該系統(tǒng)可用于模擬海底的高壓、低溫環(huán)境,對可燃冰樣本進行動三軸測試,以評估其力學(xué)性質(zhì)。
三維動單剪系統(tǒng) MDDCSS
三維動單剪系統(tǒng)MDDCSS
允許在兩個方向上進行簡單的剪切,而不是標(biāo)準(zhǔn)單向剪切。這通過具有與主剪切作動器成90度的第二剪切作動器來實現(xiàn)。VDDCSS-CON還允許對試樣施加圍壓。試樣被封裝在丙烯酸壓力室內(nèi)。圍壓的使用也允許將反壓施加到試樣上。這樣就允許試樣進行反壓飽和,在簡單剪切試驗期間直接測量超孔隙水壓力。當(dāng)用作可變方向的機器時,第二剪切軸可以獨立于另一個剪切軸或與其一起使用,因此可以在任何水平方向上執(zhí)行簡單的剪切。
系統(tǒng)可以模擬波浪荷載或風(fēng)荷載等水平荷載對海上基礎(chǔ)設(shè)施的動剪切特性,以及模擬土體受到地震荷載引起的循環(huán)剪切特性、砂土抗液化性能等。
溫控雙向動三軸 DYNTTS
水-熱多場耦合雙向動三軸DYNTTS
高級動態(tài)三軸試驗系統(tǒng) (DYNTTS) 是一套高端的試驗設(shè)備,它將三軸壓力室和動力驅(qū)動器合為一體,可以施加最大5Hz的動態(tài)荷載、變形和應(yīng)力。軸向加載由裝有馬達驅(qū)動的基座螺旋傳動,從壓力室底座施加軸向力和軸向變形。
該系統(tǒng)可用于評估巖土體在復(fù)雜海洋環(huán)境下的力學(xué)響應(yīng),特別是在考慮溫度和水流耦合作用下的變形和強度特性,為海洋結(jié)構(gòu)物的地基設(shè)計和穩(wěn)定性分析提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
自動環(huán)境三軸試驗系統(tǒng)ETAS
天然氣水合物加載測試系統(tǒng)ETAS
自動環(huán)境三軸實驗系統(tǒng)(ETAS)是一個基于荷載架帶溫度控制的三軸實驗系統(tǒng),可以進行以下實驗:
? 凍土實驗
? 可燃冰實驗
? 高壓實驗
? 高低溫溫控實驗
該冷卻系統(tǒng)為凍土實驗提供了理想的條件。高達100MPa的高壓低溫控制能力也為可燃冰三軸實驗提供了理想的條件;此系統(tǒng)也提供僅加熱溫控系統(tǒng)選項。
該系統(tǒng)可用于模擬海底高壓低溫條件,測試天然氣水合物的力學(xué)性質(zhì),評估其對海洋巖土體的穩(wěn)定性影響,為海洋資源開發(fā)和海底工程建設(shè)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。
恒應(yīng)變速率固結(jié)儀CRS
恒應(yīng)變速率固結(jié)及自動三軸儀CRS
GDS恒應(yīng)變速率固結(jié)儀CRS是一種基于荷載架的一維固結(jié)儀,系統(tǒng)能夠施加反壓,并測量從1MPa(低壓版本)、3MPa(中壓版本)到20MPa(高壓版本)的孔隙壓力。結(jié)合GDS控制器和軟件,系統(tǒng)將通過用戶指定的加載路徑,使用恒定應(yīng)變加載速率,從開始到結(jié)束運行整個測試。
該系統(tǒng)可快速測試海洋黏土等軟土的固結(jié)沉降特性,提高試驗效率,為海洋工程的地基設(shè)計、承載力計算及穩(wěn)定性分析提供關(guān)鍵力學(xué)參數(shù)。
滲透儀
柔性壁滲透系統(tǒng)PERM
GDS滲透系統(tǒng)允許用戶獨立控制圍壓、反壓和底部壓力/體積,允許使用GDSLAB軟件自動化控制恒定流速和恒定水頭滲透測試。有兩種類型的壓力室可用,一種是專用的100mm壓力室,可以進行各向異性測試,另一種是標(biāo)準(zhǔn)的三軸壓力室,可以升級進行各向異性測試,進行三軸測試。
該系統(tǒng)可以準(zhǔn)確測定巖土體的滲透系數(shù),有效避免側(cè)壁滲漏,模擬現(xiàn)場條件,快速飽和試樣,為海洋工程的地基設(shè)計、防滲措施及穩(wěn)定性分析提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。
彎曲元件測試系統(tǒng)
彎曲元系統(tǒng)GDSBES
GDS 彎曲元件可以非常容易地在三軸壓力室中測量土在小應(yīng)變時的最大剪切模量。在海洋工程巖土體力學(xué)指標(biāo)測試方面,可用于測量土體在小應(yīng)變時的最大剪切模量,評估土體的剛度特性等。
由于荷載和位移測量裝置的分辨率和精度不夠,因此,在室內(nèi)非常小的應(yīng)變條件下測量土的剛度是非常困難的。在三軸試驗中測量小應(yīng)變剛度通常采用局部應(yīng)變傳感器,雖然局部應(yīng)變傳感器改善了這一情況,通??赡苓_到0.0001%,但與使用彎曲元件相比,這種傳感器的價格很昂貴,通常用于科學(xué)研究。
三軸試驗系統(tǒng)中的彎曲元件可以很容易地測量最大剪切模量Gmax,簡單而高效。目前為止,GDS已經(jīng)在三軸、固結(jié)、單剪、共振柱和GDS和其他供應(yīng)商生產(chǎn)的許多其他系統(tǒng)中安裝了彎曲元件。
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我國在海洋巖土工程研究領(lǐng)域正持續(xù)投入力量,不斷推進相關(guān)研究工作的深入。雖然仍面臨諸多挑戰(zhàn),但我國在海洋巖土工程研究領(lǐng)域的努力和進步不容忽視,正逐步朝著更高水平邁進。