滑坡作用下大尺度埋地输气管道破坏模拟试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一套滑坡作用下大尺度埋地输气管道破坏模拟试验装置，用于模拟埋地输气管道在滑坡灾害作用下的受力、位移及变形情况，同时提供一种大尺度埋地输气管道破坏模拟试验的方法。本发明专利技术能用于模拟不同管道内压/滑坡土性质/管道埋深/环境降雨量条件下的管道滑坡试验，试验装置可监测数据包括管道内压、管道应变、滑坡土对管道推力、滑坡体深部位移、降雨量大小、地下滑坡土孔隙水压力及地下滑坡土土壤含水量的参数。发明专利技术完成了一套地下输气管道滑坡灾害模拟试验装置、自动降雨装置和滑坡地下土监测装置，并通过对相关数据的监测，掌握滑坡体发育情况及管道受力特点，分析滑坡对管道的影响规律，为将来管道滑坡监测参数的选择、设备选型、监测点的布设提供依据。

Simulation test device and method for large scale buried gas pipeline failure under the action of landslide

【技术实现步骤摘要】
滑坡作用下大尺度埋地输气管道破坏模拟试验装置及方法
本专利技术设计了一种滑坡作用下埋地输气管道大尺度破坏模拟试验装置，属于输气管道滑坡灾害防治领域,用于模拟不同工况下埋地输气管道在滑坡灾害作用下的受力及变形情况。
技术介绍
滑坡是指在一定的自然条件与地质条件下，组成斜坡的部分岩土体在重力等因素的作用下，沿斜坡内部一定的软弱面发生剪切而产生的整体下滑破坏。滑坡是一个非线性系统，是各种复杂因素相互作用形成的复合体，演变具有周期性，通常是一个累进性变形破坏过程。其作为我国山区常见的地质灾害，具有破坏性强、影响范围广、难预防等特点。敷设在山区的天然气管道可能受到滑坡体变形的影响发生弯曲甚至断裂，造成严重的后果。现阶段管道及滑坡灾害单独研究较为全面，将二者结合起来进行研究较少，无法对滑坡体发育情况及管道受力特点，以及滑坡对管道的影响规律进行深入了解。国内外学者研究管道地质灾害风险，多使用数值模拟法，借助相关软件和经验公式计算管道在承受内部气压和外部滑坡土挤压作用下的应力及变形情况。埋地管道在遭受滑坡灾害时情况较为复杂，单纯依靠数值模拟较难取得可靠结论，所获计算结果无法直接运用于实际施工。我国滑坡灾害模拟试验装置发展较慢，传统管道滑坡试验装置，只能通过设计简易试验装置来探究滑坡压力或者滑坡振动对于管道的应变影响，监测参数较少，不能满足多种不同工况下的模拟试验要求，无法掌握滑坡各发育阶段位移速率、位移变化量和降雨对滑坡位移的影响。现行试验监测装置容易受到电磁干扰和应变破坏，可靠性和稳定性有待提高。
技术实现思路
本专利技术提供了一套滑坡作用下大尺度埋地输气管道破坏模拟试验装置及方法，用于模拟埋地输气管道在滑坡灾害作用下的受力、位移及变形情况。本专利技术专利主要解决了以下几个问题：1.设计了一套自动降雨装置，可以利用干管和支管流量计监测降雨量的大小，通过改变输水支管的数量和水源增压的压力控制试验系统自动降雨量的输量。2.设计了试验系统，包含滑坡区、管道区、自动降雨区、装置监测区和滑坡土收集区5个分区，全方位模拟了滑坡灾害对输气管道作用的全过程，并对相关参数进行了监测。3.装置可以模拟不同管道内压、滑坡土性质、管道埋深、环境降雨量条件下的管道滑坡试验，使试验装置更符合管道滑坡模拟试验的需要。4.设计装置试验系统的监测区，可监测数据包括管道内压、管道应变、滑坡土对管道压力、滑坡体深部位移、降雨量大小、地下滑坡土孔隙水压力及地下滑坡土土壤含水量的参数。5.监测区中管道应变、滑坡对管道推力和滑坡深部位移量等监测设备均使用光纤光栅传感技术，该传感技术运行可靠，耐腐蚀，可以满足自动监测的要求。6.装置处理监测区的监测数据，可分析滑坡各发育阶段位移速率、位移变化量和降雨对滑坡位移的影响，以及输气管道在滑坡作用下的应力、应变和位移情况，为数值模拟的计算结果提供相应参考。为了进行上述试验，本专利技术采用了以下的一种滑坡作用下大尺度埋地输气管道破坏模拟试验装置，其主要包括：顺序连接的空气储存系统(A)、空气增压系统(B)、水源分配系统(C)、水源增压系统(D)、水源储存系统(E)、试验系统(F)、剩余水源汇集系统(G)；其特征在于：气源由空气储存系统(A)提供，经过空气增压系统(B)压缩增压至试验所设气压值，压缩空气通过试验系统(F)进行相关试验，剩余空气返回空气储存系统(A)；水源由水源储存系统(E)提供，经过水源增压系统(D)增压，达到试验所需水压值，经过水源分配系统(C)，由水源干管34流经各条并联的水源支管33，通过各支管降雨孔18进行降雨作业，由各干管和支管压力表7和流量计6进行监测，水源经由剩余水源汇集系统(G)收集，重新返回水源储存系统(E)。作为本专利技术的一种优选方式，空气储存系统(A)主要由立式空气储罐1、流量计6、压力表7和阀门组成，立式空气储罐1里面有空气泵，可以抽取外界中的空气，使储气瓶压力达到一定范围，随时备用。作为本专利技术的一种优选方式，空气增压系统(B)由两台往复式压缩机31、压力表7和放空系统30组成，该压缩机具有控制系统，可以依据试验要求对空气进行增压作业，并且将空气压力以及气体流量情况及时传输到装置监测站19，装置监测站19依据监测的空气压力和流量情况对空气增压系统(B)进行实时调整。作为本专利技术的一种优选方式，管道水源分配系统(C)由止回阀4、压力表7、流量计6、9组水源支管33和支管降雨孔18组成，9条水源支管33与水源干管34连接，水源干管34和水源支管33都配有流量计6和压力表7，装置监测站19可以随时监测干管和支管的输水情况，设置止回阀4防止水源回流造成损失，可以通过控制输水支管的数量和水源增压的压力控制试验系统(F)自动降雨的大小。作为本专利技术的一种优选方式，水源增压系统(D)由阀门、流量计6、压力表7和2台卧式离心泵5组成，两台卧式离心泵5串联连接可以给来自水源储存系统(E)处的水源增压，使水源达到输往下一阶段的要求，卧式离心泵5控制系统直接与装置监测站19连接，可通过控制离心泵的功率改变自动降雨区(c)的降雨量大小。作为本专利技术的一种优选方式，水源储存系统(E)由两座立式不锈钢水塔8、阀门、流量计6和压力表7组成，其中水塔选择的是容积为8吨的不锈钢水塔，采用拱顶结构，水源主要来自于附近所建混凝土蓄水池9。作为本专利技术的一种优选方式，试验系统(F)主要滑坡试验基座10、输水管道11、试验空气管道12、滑坡带13、装置监测区(d)、滑坡深部位移监测区15、滑坡主滑线16、滑坡体17、降雨孔18、装置监测站19、滑坡基岩面20、箱体可移动底座21、滑坡土收集箱体22、可拆除挡墙23、滑坡土孔隙水压力监测传感器24、光纤光栅测斜管传感器25、管道光纤光栅应变传感器26、土压力盒光纤光栅传感器27、滑坡土水分监测传感器28和PVC测斜管29组成。上述试验系统(F)管道滑坡监测系统原理分为4个部分，地下滑坡土监测系统由地下滑坡土水分监测传感器28和地下滑坡土孔隙水压力监测传感器24组成，可以全面监测地下滑坡土情况。监测数据传输至地下滑坡土监测数据中转站35，后由光纤传输至装置监测站19，经过数据处理显示在监测站上位计算机显示器上。管道及滑坡监测系统由管道光纤光栅应变传感器26、土压力盒光纤光栅传感器27和光纤光栅测斜管传感器25组成，三者对管道和滑坡的应力、应变及滑坡深部位移进行实时监测，数据传输至装置监测站19的光纤光栅解调仪处，经过数据处理与分析，显示在装置监测站19上位计算机显示器上。自动降雨监控系统，主要由水源压力控制系统、自动降雨流量计6和自动降雨压力表7组成，数据通过数据线传输到装置监测站19中，由上位计算机显示器显示。上述装置监测站由光纤接线盒、连接光缆、光转换开关、光纤光栅解调仪和上位计算机组成。光纤接线盒和光缆连接来自土压力盒光纤光栅传感器43、管道光纤光栅应变传感器26和滑坡深部光纤光栅测斜管传感器25的光纤。由接线盒接出的光纤连接光转换开关，光转换开关将各通道信号依次转换给光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪解调出各光纤光栅传感器的中心波长位移量传给上位计算机，上位计算机自动计算出各监测量，由显示器显示。本专利技术提供了一套滑坡作用下大尺度埋地输气管道破坏模拟试验装置，用于模拟埋地输气管道在滑坡灾害作用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滑坡作用下大尺度埋地输气管道破坏模拟试验装置，包括顺序连接的空气储存系统(A)、空气增压系统(B)、水源分配系统(C)、水源增压系统(D)、水源储存系统(E)、试验系统(F)、剩余水源汇集系统(G)；其特征在于：气源由空气储存系统(A)提供，经过空气增压系统(B)压缩增压至试验所设气压值，压缩空气通过试验系统(F)进行相关试验，剩余空气返回空气储存系统(A)；水源由水源储存系统(E)提供，经过水源增压系统(D)增压，达到试验所需水压值，经过水源分配系统(C)，由水源干管(34)流经各条并联的水源支管(33)，通过各支管降雨孔(18)进行降雨作业，由各干管和支管压力表(7)和流量计(6)进行监测，水源经由剩余水源汇集系统(G)收集，重新返回水源储存系统(E)。

【技术特征摘要】
1.一种滑坡作用下大尺度埋地输气管道破坏模拟试验装置，包括顺序连接的空气储存系统(A)、空气增压系统(B)、水源分配系统(C)、水源增压系统(D)、水源储存系统(E)、试验系统(F)、剩余水源汇集系统(G)；其特征在于：气源由空气储存系统(A)提供，经过空气增压系统(B)压缩增压至试验所设气压值，压缩空气通过试验系统(F)进行相关试验，剩余空气返回空气储存系统(A)；水源由水源储存系统(E)提供，经过水源增压系统(D)增压，达到试验所需水压值，经过水源分配系统(C)，由水源干管(34)流经各条并联的水源支管(33)，通过各支管降雨孔(18)进行降雨作业，由各干管和支管压力表(7)和流量计(6)进行监测，水源经由剩余水源汇集系统(G)收集，重新返回水源储存系统(E)。2.如权利要求1所述的一种滑坡作用下大尺度埋地输气管道破坏模拟试验装置，其特征在于：所述空气储存系统(A)一端与空气增压系统(B)中的一级压缩机(31)入口相连，另一端与试验系统(F)中试验空气管道(12)的出口相连；所述空气增压系统(B)包括：装置监测站(19)、压力表(7)、一级压缩机(31)、二级压缩机(32)、放空系统(30)；所述空气储存系统(A)、空气增压系统(B)和试验系统(F)通过试验环道(2)依次连接。3.如权利要求1所述的一种滑坡作用下大尺度埋地输气管道破坏模拟试验装置，其特征在于：所述水源储存系统(E)包括两座不锈钢水塔(8)，其出口一端与水源增压系统(B)的离心泵(5)相连，入口一端与剩余水源汇集系统(G)中水源干管(34)相连；所述水源增压系统(D)包括两台依次连接的离心泵(5)，分别与不锈钢水塔(8)水源出口与水源分配系统(C)中输水管道(11)相连；所述水源分配系统(C)和剩余水源汇集系统(G)由止回阀(4)、流量计(6)、压力表(7)、水源支管(33)、降雨孔(18)、水源干管(34)组成；所述水源储存系统(E)、水源增压系统(D)、水源分配系统(C)和剩余水源汇集系统(G)通过输水管道(11)依次连接。4.如权利要求1所述的一种滑坡作用下大尺度埋地输气管道破坏模拟试验装置，其特征在于:所述的试验系统(F)由滑坡区(a)、管道区(b)、自动降雨区(c)、装置监测区(d)和滑坡土收集区(e)组成；所述装置监测区(d)对管道滑坡相关数据进行监测；所述滑坡土收集区(e)收集试验所用滑坡土；所述滑坡区(a)由滑坡试验基座(10)、滑坡主滑线(16)、滑坡体(17)、滑坡带(13)、滑坡基岩面(20)组成；所述自动降雨区(c)包括：水源干管(34)、水源支管(33)、降雨孔(18)，降雨孔(18)分布在水源支管(33)底部。5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：滑坡土收集区(e)主要由滑坡土收集箱体(22)、箱体可移动底座(21)和可拆除...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘武，陈超，谷雪琴，郭琴，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51