模拟深水环境下管道、土体断层、水相互作用力的系统技术方案

本发明专利技术实施例涉及一种模拟深水环境下管道、土体断层、水相互作用力的系统，所述系统包括：容纳实验管件的第一动态试验箱、容纳土体的第二动态试验箱、箱体旋转系统、正向拉力系统和数据采集系统、高压舱体；所述第一动态试验箱与所述第二动态试验箱之间设置有通过孔，在通过孔内侧设置有滑动挡板；所述正向拉力系统包括正向拉力伸缩器和拉力器支撑架，用于所述动态试验箱施加于所述实验管件拉力；所述数据采集系统包括水平位移测量仪、摄像头和轴力监测器，其中，所述轴力监测器用于监测所述实验管件变形引起的轴力；所述箱体旋转系统包括承载所述动态试验箱的底座，用于旋转至所述动态试验箱至所需位置；所述动态试验箱位于所述高压舱体内部。

【技术实现步骤摘要】
模拟深水环境下管道、土体断层、水相互作用力的系统
本专利技术实施例涉及海洋石油工程
，尤其涉及一种模拟深水环境下管道、土体断层、水相互作用力的系统。
技术介绍
海底管道是海洋石油工程中重要的油气运输方式，被誉为海洋油气系统的“生命线”。如今工程界对管道的安全运营和结构的稳定性愈发重视，对管道服役期间所处环境和可能发生的破坏情况进行研究很有必要。海洋石油工程中的油气开采已逐渐从浅水区域向深水区域发展，而在深水环境下，海底管道与环境的相互作用显然更为复杂，相关的理论和试验仍旧不够完善。而且作为埋地管线，管道与土体之间不可避免同样会产生相互作用。在地震载荷作用下，土体会产生规模巨大、形式多样的断层，而地震载荷作用往往会考验到管道的极限承载能力，一旦发生会对整个管道系统造成巨大的损失。埋地管道服役期间若受到地震载荷的作用，地震对其产生的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。两种破坏形式相比较来说，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，穿越其间与之接触的管道发生破裂或断裂，造成极大的危害性。因此，建造模拟土体断层下管土相互作用的试验平台，可以对埋地管道施加断层载荷，模拟其变形时的受力状态及类型，同时能够对不同形式的断层下管道的变形形式和失效形式进行分析。
技术实现思路
鉴于此，为解决上述技术问题或部分技术问题，本专利技术实施例提供了一种模拟深水环境下管道、土体断层、水相互作用力的系统。第一方面，本专利技术实施例提供了一种模拟深水环境下管道、土体断层、水相互作用力的系统，所述系统包括：容纳实验管件的第一动态试验箱、容纳土体的第二动态试验箱、箱体旋转系统、正向拉力系统和数据采集系统、高压舱体；所述第一动态试验箱与所述第二动态试验箱之间设置有通过孔，在通过孔内侧设置有滑动挡板；所述正向拉力系统包括正向拉力伸缩器和拉力器支撑架，用于所述动态试验箱施加于所述实验管件拉力；所述数据采集系统包括水平位移测量仪、摄像头和轴力监测器，其中，所述轴力监测器用于监测所述实验管件变形引起的轴力；所述箱体旋转系统包括承载所述动态试验箱的底座，用于旋转至所述动态试验箱至所需位置；所述动态试验箱位于所述高压舱体内部。在一个可选的实施方式中，所述动态试验箱与所述滑动挡板之间相对滑动，所述滑动挡板通过孔的尺寸与实验管件的尺寸相配合。在一个可选的实施方式中，所述第一动态试验箱与所述第二动态试验箱设置于导轨之上，所述正向拉力伸缩器通过液压油缸拉动所述动态试验箱，以使所述动态试验箱进行移动。在一个可选的实施方式中，所述正向拉力伸缩器中大功率伸缩器通过液压油缸拉动所述动态试验箱，以使所述动态试验箱沿着导轨进行移动，所述第一动态试验箱与所述第二动态试验箱朝不同方向移动。在一个可选的实施方式中，所述第一动态试验箱与所述第二动态试验箱朝不同方向移动，用于所述第二动态试验箱内土体挤压所述第一动态试验箱内实验管件，使所述实验管件发生位移变形。在一个可选的实施方式中，所述数据采集系统还包括布置在所述实验管件外表面的应力传感器，用于监测所述实验管件表面的应变。在一个可选的实施方式中，所述数据采集系统还包括布置在所述实验管件周边土体内的孔压传感器，用于监测所述实验管件周边土体压力的变化。在一个可选的实施方式中，所述实验管件依次通过所述通过孔以及所述滑动挡板通过孔。在一个可选的实施方式中，所述箱体旋转系统包括承载所述动态试验箱的圆形底座。本专利技术实施例提供的技术方案，能够对管道和土体施加水压，准确模拟深水环境下管道-土体断层-水的相互作用力，相比于现有的试验测试装置，该系统能够模拟和研究深水海底长跨度管件在发生不同角度土体断层下的相对运动位移、受力特点和变形情况，且能够对管道的极限承载能力进行校核。附图说明为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例示出的一种模拟深水环境下管道、土体断层、水相互作用力的系统的结构示意图，其中，1-高压舱体；2-伸缩器支撑架；3-支撑架；4-轴力检测器；5-动静态应变采集仪；6-试验箱旋转托盘；7-滑轮轨道；8-大功率伸缩器；9-法兰；10-伸缩器；11-动态土箱；12-内衬板；13-试验管件；图2为本专利技术实施例示出的一种动态试验箱示意图，其中，14-通过孔；15-滑轮；16-支撑架；图3为本专利技术实施例提供的一种伸缩器示意图，其中，17-轴力段及电源线；18-连接法兰；图4为本专利技术实施例提供的一种实验管件示意图，其中，19-法兰；图5为本专利技术实施例提供的一种高压舱体示意图，其中，20-密封圈；21-泄压阀；22-舱盖；23-注水阀；24-泄水阀。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。为便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本专利技术实施例的限定。本专利技术实施例提供一种模拟深水环境下管道、土体断层、水相互作用力的系统(也可以称之为试验平台)，该系统包括容纳实验管件的第一动态试验箱、容纳土体的第二动态试验箱、箱体旋转系统、正向拉力系统和数据采集系统、高压舱体；所述第一动态试验箱与所述第二动态试验箱之间设置有通过孔，在通过孔内侧设置有滑动挡板，所述实验管件依次通过所述通过孔以及所述滑动挡板通过孔；所述正向拉力系统包括正向拉力伸缩器和拉力器支撑架，用于所述动态试验箱施加于所述实验管件拉力；所述数据采集系统包括水平位移测量仪、摄像头和轴力监测器，其中，所述轴力监测器用于监测所述实验管件变形引起的轴力；所述箱体旋转系统包括承载所述动态试验箱的底座，用于旋转至所述动态试验箱至所需位置；所述动态试验箱位于所述高压舱体内部。除此之外，述动态试验箱与所述滑动挡板之间相对滑动，所述滑动挡板通过孔的尺寸与实验管件的尺寸相配合；所述第一动态试验箱与所述第二动态试验箱设置于导轨之上，所述正向拉力伸缩器通过液压油缸拉动所述动态试验箱，以使所述动态试验箱进行移动；所述正向拉力伸缩器中大功率伸缩器通过液压油缸拉动所述动态试验箱，以使所述动态试验箱沿着导轨进行移动，所述第一动态试验箱与所述第二动态试验箱朝不同方向移动；所述第一动态试验箱与所述第二动态试验箱朝不同方向移动，用于所述第二动态试验箱内土体挤压所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟深水环境下管道、土体断层、水相互作用力的系统，其特征在于，所述系统包括：容纳实验管件的第一动态试验箱、容纳土体的第二动态试验箱、箱体旋转系统、正向拉力系统和数据采集系统、高压舱体；/n所述第一动态试验箱与所述第二动态试验箱之间设置有通过孔，在通过孔内侧设置有滑动挡板；/n所述正向拉力系统包括正向拉力伸缩器和拉力器支撑架，用于所述动态试验箱施加于所述实验管件拉力；/n所述数据采集系统包括水平位移测量仪、摄像头和轴力监测器，其中，所述轴力监测器用于监测所述实验管件变形引起的轴力；/n所述箱体旋转系统包括承载所述动态试验箱的底座，用于旋转至所述动态试验箱至所需位置；/n所述动态试验箱位于所述高压舱体内部。/n

【技术特征摘要】
1.一种模拟深水环境下管道、土体断层、水相互作用力的系统，其特征在于，所述系统包括：容纳实验管件的第一动态试验箱、容纳土体的第二动态试验箱、箱体旋转系统、正向拉力系统和数据采集系统、高压舱体；
所述第一动态试验箱与所述第二动态试验箱之间设置有通过孔，在通过孔内侧设置有滑动挡板；
所述正向拉力系统包括正向拉力伸缩器和拉力器支撑架，用于所述动态试验箱施加于所述实验管件拉力；
所述数据采集系统包括水平位移测量仪、摄像头和轴力监测器，其中，所述轴力监测器用于监测所述实验管件变形引起的轴力；
所述箱体旋转系统包括承载所述动态试验箱的底座，用于旋转至所述动态试验箱至所需位置；
所述动态试验箱位于所述高压舱体内部。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述动态试验箱与所述滑动挡板之间相对滑动，所述滑动挡板通过孔的尺寸与实验管件的尺寸相配合。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一动态试验箱与所述第二动态试验箱设置于导轨之上，所述正向拉力伸缩器通过液压油缸拉动所述动态试验箱，以使所述动态试验箱进行移动。...

【专利技术属性】
技术研发人员：余建星，许伟澎，韩梦雪，余杨，颜铠阳，张春迎，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12