一种模拟断层下管土相互作用的实验测试平台制造技术

本发明专利技术涉及一种模拟断层下管土相互作用的实验测试平台，包括容纳试验管件和土体的静态试验箱、动态试验箱、正向拉力系统和数据采集系统，在静态试验箱和动态试验箱的侧面开设有通过孔，试验管件依次穿过两个试验箱的通过孔，正向拉力系统包括正向拉力伸缩器和拉力器支撑架，用于对动态试验箱施加与试验管件拉力；静态试验箱和动态试验箱相互靠近的两个侧面所开设的通过孔的孔径尺寸均较大，相互距离较远的两个侧面所开设的通过孔的尺寸与试验管件的尺寸相配合；所述的数据采集系统包括水平位移测量仪、摄像头和轴力监测器。本发明专利技术可以实现对埋地管道断层载荷的施加，模拟管道在极限载荷状态下的变形及管土相互作用力。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟断层下管土相互作用的实验测试平台
本专利技术涉及一种模拟断层下管土相互作用的实验测试平台，可以实现埋地管道在发生断层情况时受力状态及变形形式的分析，模拟埋地管道服役期间受到的严苛环境条件，为埋地管道运行时的极限承载力进行校核，同时能够对不同断层形式下管道整体的失效模态进行探索。
技术介绍
管道作为油气运输中最快捷、经济、有效的运输方式，其在服役中的结构稳定性及安全运作方式逐渐受到工程界的广泛关注。根据2015年的新一轮全国油气资源评价结果，我国油气资源潜力将主要分布在四川盆地、滇东黔西盆地及准噶尔盆地等。越来越多新型长距离埋地管线将不可避免地穿越我国西部地区的地震断层。该地区活动断层数量多、规模大且活动能力较强，一旦发生将会对管线造成不可估量的损失。埋地管道服役期间主要受地震载荷的作用，地震对其产生破坏形式主要有两种：一是永久性地面位移包括断层错动和滑坡等；二是地震波动效应。相比较来说，永久性地面位移虽然影响范围较小，但由于地壳岩层破裂后产生较大的相对位移，导致穿越其中的管道发生破裂或断裂，危害性极大。因此，建造模拟断层下管土相互作用的实验测试平台，可以对埋地管件施加断层载荷，模拟其变形时的受力状态及类型，同时能够对不同断层下管道整体的失效模态进行探索。埋地管道在安装前，必须进行管道材料性能和局部稳定性的试验，保证管件在安装服役期间的结构安全。现今国内外在断层下管土相互作用实验测试平台设计方面存在的不足之处主要有：1.国内外管土相互作用测试装置一般只适用于普通的管土相互作用方式研究，无法模拟发生断层时，管土之间的相对运动及相应的变形情况。2.功能较为单一，主要测量管件发生运动时，周围土体的受力特点和管件表面的应变。测试管件一般较短，不能够精确模拟管件整体的位移形式及失效模态。3.测量较大距离的管土耦合作用时，没有提供管件两端的固定方式及两端轴力施加的测量方式。国内已有试验装置(如专利申请号：CN201510752854.X)，模拟埋地管道与周围土体发生相对位移时的管土相互作用，但只适用于较短管件，无法模拟长跨度管件在断层下的整体失稳情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以实现对埋地管道断层载荷的施加，模拟管道在极限载荷状态下的变形及管土相互作用力的实验测试平台，为埋地管道的极限承载能力进行校核，同时能够对断层作用下的管土相互作用的管道失效模态进行探索。技术方案如下：一种模拟断层下管土相互作用的实验测试平台，包括容纳试验管件和土体的静态试验箱、动态试验箱、正向拉力系统和数据采集系统，在静态试验箱和动态试验箱的侧面开设有通过孔，试验管件依次穿过两个试验箱的通过孔，其特征在于，正向拉力系统包括正向拉力伸缩器和拉力器支撑架，用于对动态试验箱施加与试验管件拉力；静态试验箱和动态试验箱相互靠近的两个侧面所开设的通过孔的孔径尺寸均较大，相互距离较远的两个侧面所开设的通过孔的尺寸与试验管件的尺寸相配合；在静态试验箱的正面开设有钢绞线通过孔，所述的数据采集系统包括水平位移测量仪、摄像头和轴力监测器，所述的水平位移测量仪包括钢绞线，平衡重锤，导向滑轮和滑轮支撑架，钢绞线一端固定在试验管件上，另一端穿过箱体的钢绞线通过孔、导向滑轮与平衡重锤连接，摄像头通过监测平衡重锤的移动距离获得钢管在土体内的位移；轴力监测器用于监测试验管件变形引起的轴力。优选地，在动态试验箱置于导轨之上，正向拉力伸缩器通过液压油缸拉动动态试验箱使箱体沿导轨进行移动。所述的数据采集系统包括布置在试验管件外表面的应力传感器，用于监测试验管件表面的应变。所述的数据采集系统包括布置在试验管件周边土体内的孔压传感器，用于监测管件周围土体压力的变化。本专利技术针对埋地管道，提供了一种断层作用下管土相互作用实验测试平台，可以实现对管件施加断层载荷，模拟其在真实极限情况下的变形情况，从而对埋地管道设计提供真实的数据和试验积累，有针对性地对断层下管土相互作用实现进一步的设计，同时还能为实际工程建设的埋地管道铺设及安全防御提供设计指南。与国内外现有技术相比具有以下优点：(1)本专利技术的断层作用下管土相互作用实验测试平台，可实现对埋地管道服役期间的极限作业环境的模拟，试验结果更加接近实际情况，为工程实际提供有效的试验数据积累。(2)本专利技术考虑了断层载荷对管道失效模式的影响，利用钢绞线与定滑轮的联合使用，实现对管件变形时在土体内的水平位移的追踪。为解决工程实际问题提供了更加全面的分析视角，为失效模式探索提供了更多的解答途径。(3)本专利技术对断层载荷的施加方式和变形过程中两端的轴向拉力的监测给出了具体的实现方式。利用液压油缸的拉伸杆件，实现箱体之间位置的错动，模拟埋地管件受到的断层载荷；与管件两端连接的液压油缸可实现管件变形过程中轴向拉力的监测，采用实验的方法为埋地管件的极限承载力的校核提供参考。附图说明图1整体布置图图中标号说明：1-静态试验箱；2-动态试验箱；3-试验管件；4-导轨；5-正向拉力伸缩器；6-拉力器支撑架；7-轴力监测器；8-水平位移测量仪；9-动静态应变采集仪；10-计算机；11-高速摄像头；12-孔压传感器；图2静态试验箱体1-静态试验箱；13-试验箱主体；14-加强杆；15-滑轮；16-钢绞线通过孔；17-试验管件通过孔图3动态试验箱2-动态试验箱；21-试验箱主体；22-加强杆；23-滑轮；24-肋板；25-肘板；26-承压板；27-法兰连接头图4试验管件3-试验管件；31-钢管；32-法兰盘图5正向拉力伸缩器5-正向拉力伸缩器；51-法兰连接头；52-拉力承接盘；53-固定销；54-支撑肘板；55-滚动托架；551-垫板；552-滚轮；56-伸缩拉力杆；57-法兰盘；58-液压油缸图6拉力器支撑架6-拉力器支撑架；61-挡板；62-导轨；63-支撑肘板；64-液压油缸支撑板；65-立柱；66-加强材；67-垫板；68-固定板图7轴力监测器7-轴力监测器；71-法兰连接头；72-球状铰约束；73-液压油缸；74-液压油缸支撑板；75-立柱；76-桁材；77-固定板图8水平位移测量仪8-水平位移测量仪；81-钢绞线；82-平衡重锤；83-导向滑轮；84-滑轮支撑架；85-加强肘板具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步描述:如图1所示，断层下管土相互作用实验测试平台主要包括：静态试验箱1，动态试验箱2，试验管件3，导轨4，正向拉力伸缩器5，拉力器支撑架6，轴力监测器7，水平位移测量仪8，动静态应变采集仪9，计算机10高速摄像机11，孔压传感器12等。动静态应变采集仪与试验管件3表面的应变片相连；10为计算机，与动静态应变采集仪连接；11为高速摄像头与计算机相连；12为孔压传感器一端与土体中的压力传感器相连一端与计算机连接。为防止连线干扰视图效果，图中省去了9、10、11和12的具体连结方式。正向拉力伸缩器5通过液压油缸58拉动动态试验箱2使箱体沿导轨4进行移动，静态试验箱1保持固定，进而箱内土体挤压试验管件3使管件发生移动和变形。动态试验箱2运动过程中，可通过管件周围土体内的孔压传感器12监测管件周围土体压力的变化；通过动静态应变采集仪9实时记录管件表面的应变；通过水平位移测量仪8和高速摄像机采集平衡重锤82的移动距离；通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟断层下管土相互作用的实验测试平台，包括容纳试验管件和土体的静态试验箱、动态试验箱、正向拉力系统和数据采集系统，在静态试验箱和动态试验箱的侧面开设有通过孔，试验管件依次穿过两个试验箱的通过孔，其特征在于，正向拉力系统包括正向拉力伸缩器和拉力器支撑架，用于对动态试验箱施加与试验管件拉力；静态试验箱和动态试验箱相互靠近的两个侧面所开设的通过孔的孔径尺寸均较大，相互距离较远的两个侧面所开设的通过孔的尺寸与试验管件的尺寸相配合；在静态试验箱的正面开设有钢绞线通过孔，所述的数据采集系统包括水平位移测量仪、摄像头和轴力监测器，所述的水平位移测量仪包括钢绞线，平衡重锤，导向滑轮和滑轮支撑架，钢绞线一端固定在试验管件上，另一端穿过箱体的钢绞线通过孔、导向滑轮与平衡重锤连接，摄像头通过监测平衡重锤的移动距离获得钢管在土体内的位移；轴力监测器用于监测试验管件变形引起的轴力。

【技术特征摘要】
1.一种模拟断层下管土相互作用的实验测试平台，包括容纳试验管件和土体的静态试验箱、动态试验箱、正向拉力系统和数据采集系统，在静态试验箱和动态试验箱的侧面开设有通过孔，试验管件依次穿过两个试验箱的通过孔，其特征在于，正向拉力系统包括正向拉力伸缩器和拉力器支撑架，用于对动态试验箱施加与试验管件拉力；静态试验箱和动态试验箱相互靠近的两个侧面所开设的通过孔的孔径尺寸均较大，相互距离较远的两个侧面所开设的通过孔的尺寸与试验管件的尺寸相配合；在静态试验箱的正面开设有钢绞线通过孔，所述的数据采集系统包括水平位移测量仪、摄像头和轴力监测器，所述的水平位移测量仪包括钢绞线，平衡重锤，导向滑轮和滑轮支撑架，...

【专利技术属性】
技术研发人员：余建星，韩梦雪，余杨，段晶辉，陈海成，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12