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原文传递水合物分解诱发海床变形的三维可视化试验装置与方法

专利名称：	水合物分解诱发海床变形的三维可视化试验装置与方法
摘要：	本发明提出了一种水合物分解诱发海床变形的三维可视化试验装置与方法。本发明包括透明模型箱，透明模型箱内设有沉积层，透明模型箱的侧面设有激光器和CCD相机，透明模型箱的顶部设有激光位移计，沉积层的内部还设有温度传感器和压力传感器；沉积层包括透明海洋软黏土层和天然气水合物层；透明海洋软黏土层是由硅酸锂镁和蒸馏水按照质量比为3.5～6.5:100经过混合搅拌制备而成的，天然气水合物层是由三氯一氟甲烷和蒸馏水按照体积比为1:2～1:4在常压下制备而成的。本发明可以在常压下模拟天然气水合物分解条件下的海床响应，海底沉积物内部的流体运移路径以及土体内部裂纹扩展等肉眼可见，并可通过图像处理获得三维位移场。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	中国海洋大学
发明人：	贾永刚;朱超祁;焦欣然;单红仙;李清平;程升;刘柯涵
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-06T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-02T00:00:00+0800
申请号：	CN201910371663.7
公开号：	CN110082502A
代理机构：	青岛联智专利商标事务所有限公司
代理人：	宋莲英
分类号：	G01N33/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	266100 山东省青岛市崂山区松岭路238号
主权项：	1.一种水合物分解诱发海床变形的三维可视化试验装置，其特征在于：包括透明模型箱，所述透明模型箱内设有沉积层，所述透明模型箱的一侧设有激光器，所述透明模型箱在与所述激光器相垂直的一侧设有CCD相机，所述透明模型箱的顶部设有激光位移计，所述沉积层的内部还设有温度传感器和压力传感器；所述沉积层包括透明海洋软黏土层和天然气水合物层，所述天然气水合物层位于所述透明海洋软黏土层的内部，所述透明海洋软黏土层包括下伏层和上覆层，所述下伏层位于所述天然气水合物层的底部，所述上覆层位于所述天然气水合物层的顶部；所述透明海洋软黏土层是由硅酸锂镁和蒸馏水按照质量比为3.5～6.5:100经过混合搅拌制备而成的，所述天然气水合物层是由三氯一氟甲烷和蒸馏水按照体积比为1:2～1:4在常压下制备而成的。 2.根据权利要求1所述的水合物分解诱发海床变形的三维可视化试验装置，其特征在于：所述激光器包括激光光源和透镜组，所述激光光源和所述透镜组位于呈竖直设置的第一平面内，所述第一平面与所述透明模型箱的侧面呈垂直设置。 3.根据权利要求2所述的水合物分解诱发海床变形的三维可视化试验装置，其特征在于：所述透明模型箱位于一操作平台上，所述激光光源的底部设有第一滑轨，所述操作平台上设有与所述第一滑轨相适配的第一滑道，所述透镜组的底部设有第二滑轨，所述操作平台上设有与所述第二滑轨相适配的第二滑道。 4.根据权利要求1-3中任意一项所述的水合物分解诱发海床变形的三维可视化试验装置的试验方法，其特征在于：包括以下步骤： A、天然气水合物替代材料的制备 1)取三氯一氟甲烷，置于-18～4℃下，冷藏处理，备用； 2)取蒸馏水，分别置于2～4℃下，冷藏处理，备用； 3)将步骤1)所得的三氯一氟甲烷加入到步骤2)所得的蒸馏水中，搅拌，使其混合均匀，得混合物； 4)将步骤3)所得的混合物在-18～4℃下，继续搅拌，搅拌时间为8～20min，至开始形成固体水合物，得天然气水合物替代材料； B、透明海洋软黏土的制备 5)取硅酸锂镁和蒸馏水，硅酸锂镁与蒸馏水的重量比为3.5～6.5:100，将硅酸锂镁缓慢加入蒸馏水中，硅酸锂镁加入蒸馏水的过程中，蒸馏水一直处于搅拌状态；继续搅拌，搅拌速度为800～1200r/min，搅拌5～20min，得透明海洋软黏土； C、下伏层的制备 6)按照步骤5)的方法制备透明海洋软黏土，置于透明模型箱中，静置，固结，得透明海洋软黏土，即形成下伏层； D、上覆层的制备 7)按照步骤5)的方法制备透明海洋软黏土，置于上覆层软黏土制备装置中，静置，固结，得透明海洋软黏土；上覆层软黏土制备装置包括一端具有开口端的底座，所述底座的内部套接连接有用于容纳透明海洋软黏土的成型套筒，所述成型套筒的两端均设有开口端，所述成型套筒连接有可将透明海洋软黏土推出的推板； E、沉积层的制备 8)将步骤4)所得的天然气水合物替代材料放入步骤6)所得的下伏层的顶部中间位置，即形成天然气水合物层； 9)去掉步骤7)中上覆层软黏土制备装置的底座，采用推板将步骤7)所得的透明海洋软黏土缓慢地向下推送，覆盖步骤8)所得的形成天然气水合物层，得储存在透明模型箱内的沉积层； 10)在沉积层的内部放置温度传感器和压力传感器，在透明模型箱的一侧放置激光器，在透明模型箱的与激光器相垂直的一侧放置CCD相机，在透明模型箱的顶部放置激光位移计； 11)启动激光器和CCD相机，收集CCD相机内的照片；启动温度传感器、压力传感器和激光位移，进行实时采集； 12)更换激光器位置，通过CCD相机获得海床不同截面的照片。 5.根据权利要求4所述的水合物分解诱发海床变形的三维可视化试验装置的试验方法，其特征在于：所述步骤7)中，成型套筒的底部开口端设有透明防水薄膜，所述透明防水薄膜通过固定带与所述成型套筒的外部可拆卸式连接，所述步骤9)中去掉底座的同时还将透明防水薄膜拆卸下来。 6.根据权利要求4所述的水合物分解诱发海床变形的三维可视化试验装置的试验方法，其特征在于：所述静置的温度为1～4℃，静置的时间为24～48h。 7.根据权利要求4所述的水合物分解诱发海床变形的三维可视化试验装置的试验方法，其特征在于：所述硅酸锂镁加入蒸馏水的过程中的搅拌速度为500～1000r/min。 8.根据权利要求4所述的水合物分解诱发海床变形的三维可视化试验装置的试验方法，其特征在于：所述硅酸锂镁向蒸馏水中的添加速度为5～15g/s。 9.根据权利要求4所述的水合物分解诱发海床变形的三维可视化试验装置的试验方法，其特征在于：所述步骤3)和所述步骤4)中的搅拌速度均为500～1000r/min，所述步骤3)中的搅拌时间为1～5min。 10.根据权利要求4所述的水合物分解诱发海床变形的三维可视化试验装置的试验方法，其特征在于：所述硅酸锂镁的粒径大小为20～30nm，密度为0.9～1.1g/cm3，折射率为1.3～1.8。
所属类别：	发明专利