一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装置及安装方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装置及安装方法，解决了现有技术中的问题，具有的有益效果，具体方案如下：一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装置，包括支架，支架支撑反力梁；可视化模型箱通过支架支撑，可视化模型箱内通入进排水管，进排水管具有渗水孔，渗水孔外侧覆有渗水层，可视化模型箱内在渗水层的一侧填充有土体，土体中埋设有管道；基质吸力调控单元，基质吸力调控单元包括连通的第一水箱和第二水箱，第一水箱的高度高于管道和第二水箱，基质吸力测量件与第一水箱连接以获取土体吸力；加载单元，加载单元包括分别与管道连接的径向加载部件和轴向加载部件；数据采集单元，数据采集单元包括颗粒捕捉部件。捉部件。捉部件。

【技术实现步骤摘要】
一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装置及安装方法


[0001]本专利技术涉及管道稳定性试验领域，尤其是一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装置及安装方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]管道作为运输石油、天然气和生活用水的重要设施，对经济发展起到至关重要的作用。通常，为实现管道高效运输，管道内部处于一种高压运输环境，极易引起管道膨胀屈服变形，产生管道
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土相对位移，直到与周围土体应力达到一种稳定的平衡状态。另一方面，油气管道属于长线工程结构，通常一条油气管道会穿越多种地质条件和自然环境条件，因此由地表下沉、膨胀土和冻土区域周期性的变形循环、地层活动、采空区沉陷和城市地下工程开挖等外部因素引起的地下土体位移也会引起管
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土相互作用问题，对管道的安全运营构成重大威胁。
[0004]管
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土相互作用通常发生在径向(上浮屈服)和轴向(水平剪切滑移)两个方向，当管
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土相对位移较大时，容易引发管道开裂、失稳和破坏，导致原油泄漏、爆炸和中毒等重大事故，严重时可造成重大人员伤亡、财产损失。油气管道在位稳定性成为管道工程建设重点关注的问题。对于陆上管道，埋深一般位于0.8m
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2m之间，在这种条件下，周围土体常处于非饱和状态。由于土体内部土体吸力的存在，非饱和土抗剪强度将大于相同密实度条件下完全干燥和完全饱和状态土体。然而，现有的管道峰值阻力设计方法和设计准则均基于完全干燥和完全饱和的土体状态，采用现有设计方法不能合理地评价埋置在非饱和土中的管道系统力学性能。
[0005]专利技术人发现，尽管目前已有用于研究非饱和土
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结构物相互作用的试验装置及方法，但目前尚未有一种可靠的、土体吸力可控的非饱和土中埋地管道稳定性研究试验装置。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装置，直观地揭示非饱和土中管道力学行为，有利于建立可靠的非饱和土中管道峰值阻力计算理论。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0008]一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装置，包括：
[0009]支架，支架支撑反力梁；
[0010]可视化模型箱，可视化模型箱通过支架支撑，可视化模型箱内通入进排水管，进排水管具有渗水孔，渗水孔外侧覆有渗水层，可视化模型箱内在渗水层的一侧填充有土体，土体中埋设有管道；
[0011]基质吸力调控单元，基质吸力调控单元包括连通的第一水箱和第二水箱，第一水
箱的高度高于管道和第二水箱，第二水箱的高度可调，进排水管与第一水箱连接，基质吸力测量件与第一水箱连接以获取土体吸力；
[0012]加载单元，加载单元包括分别与管道连接的径向加载部件和轴向加载部件，径向加载部件带动管道在径向设定范围内任意移动，轴向加载部件带动管道在轴向移动；
[0013]数据采集单元，数据采集单元包括颗粒捕捉部件，颗粒捕捉部件位于可视化模型箱的外侧以获取加载过程中土体中土颗粒的位移。
[0014]如上所述的试验装置，通过可视化模型箱埋设土体和管道，基质吸力调控单元中有两处水箱，第一水箱设于较高的高度，形成悬挂供水源，通过加载单元能够带动管道在径向和轴向实现移动，最大限度模拟管道真实的赋存环境，实现对管道运营过程中可能发生的径向和轴向管
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土相互作用的全工况真实模拟，由数据采集单元对相关数据的获取，以建立相关计算理论。
[0015]如上所述的一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装置，所述数据采集单元还包括基质吸力分布测量部件、管道位移测量部件和应力测量部件，基质吸力分布测量部件埋设于土体中，管道位移测量部件获取管道径向和轴向的位移，应力测量部件获取管道径向和轴向位移模式下的管道阻力；
[0016]数据采集单元、基质吸力调控单元和加载单元分别与控制单元连接，通过控制单元控制第二水箱的升降、加载单元的动作，并能够实现数据的存储。
[0017]如上所述的一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装置，所述管道位移测量部件包括定位及位移测量机构和轴向位移测量机构；
[0018]所述径向加载部件包括固定于所述反力梁的动力机构，动力机构通过安装于所述支架的第一滑轮与所述管道的一端可拆卸连接，由此带动管道在径向设定范围内转动，且管道与定位及位移测量机构连接；第一滑轮相对于支架可移动、定位及位移测量机构相对于反力梁可移动，以根据管道的位置确定第一滑轮和定位及位移测量机构的位置；
[0019]所述轴向加载部件包括第二滑轮，第二滑轮安装于支架，动力机构通过第二滑轮与管道的一端可拆卸连接，同样动力机构作为动力源，由动力机构带动管道轴向移动。
[0020]如上所述的一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装置，所述轴向位移测量机构包括轴向位移传感器，轴向位移传感器通过所述支架支撑，位移传感器的测量端与所述管道连接，由轴向位移传感器获取管道轴向的位移；
[0021]所述定位及位移测量机构安装于反力梁以获取管道径向位移，定位及位移测量机构的测量端朝向管道的径向方向设置；
[0022]定位及位移测量机构为能实现位移测量的阻尼器。
[0023]如上所述的一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装置，所述应力测量部件包括拉力传感器和轮辐传感器，拉力传感器连接管道和动力机构；拉力传感器获取拉力数据，阻尼器获得阻力数据，二者之差为管道抗拔力，通过管道抗拔力数据的获取表征管道的抗拔性能。
[0024]轮辐传感器安装于管道端部以获取轴向位移模式下管道阻力，轮辐传感器与所述动力机构连接。
[0025]如上所述的一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装置，所述基质吸力分布测量部件为张力计，张力计用于测量土体中基质吸力分布。
[0026]如上所述的一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装置，所述数据采集单元还包括应变片，应变片固定于所述管道表面以测量管道径向应变，根据管道的纵向截面面积计算出管道表面轴向应力分布。
[0027]如上所述的一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装置，针对要进行轴向移动的管道，为保证管道的轴向运动，所述管道包括管路和安装于所述可视化模型箱的接头，管路一端插入接头，接头的一端设置密封圈，防止水分和土颗粒进入管路，管路另一端通过固定轴与可视化模型箱连接，管路能够相对于接头和固定轴移动；
[0028]管道贴近可视化模型箱的侧壁设置。
[0029]如上所述的一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装置，所述第二水箱放置于平台，平台与升降机构连接，升降机构固定于安装架，安装架在竖直方向设置刻度线以读取第二水箱的位移；
[0030]所述基质吸力测量件为U型水压计，U型水压计与水平读数管连接，水平读数管与所述可视化模型箱连通。
[0031]第二方面，本专利技术还本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装置，其特征在于，包括：支架，支架支撑反力梁；可视化模型箱，可视化模型箱通过支架支撑，可视化模型箱内通入进排水管，进排水管具有渗水孔，渗水孔外侧覆有渗水层，可视化模型箱内在渗水层的一侧填充有土体，土体中埋设有管道；基质吸力调控单元，基质吸力调控单元包括连通的第一水箱和第二水箱，第一水箱的高度高于管道和第二水箱，第二水箱的高度可调，进排水管与第一水箱连接，基质吸力测量件与第一水箱连接以获取土体吸力；加载单元，加载单元包括分别与管道连接的径向加载部件和轴向加载部件，径向加载部件带动管道在径向设定范围内任意移动，轴向加载部件带动管道在轴向移动；数据采集单元，数据采集单元包括颗粒捕捉部件，颗粒捕捉部件位于可视化模型箱的外侧以获取加载过程中土体中土颗粒的位移。2.根据权利要求1所述的一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装置，其特征在于，所述数据采集单元还包括基质吸力分布测量部件、管道位移测量部件和应力测量部件，基质吸力分布测量部件埋设于土体中，管道位移测量部件获取管道径向和轴向的位移，应力测量部件获取管道径向和轴向位移模式下的管道阻力；数据采集单元、基质吸力调控单元和加载单元分别与控制单元连接。3.根据权利要求2所述的一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装置，其特征在于，所述管道位移测量部件包括定位及位移测量机构和轴向位移测量机构；所述径向加载部件包括固定于所述反力梁的动力机构，动力机构通过安装于所述支架的第一滑轮与所述管道的一端可拆卸连接，且管道与定位及位移测量机构连接；第一滑轮相对于支架可移动、定位及位移测量机构相对于反力梁可移动；所述轴向加载部件包括第二滑轮，第二滑轮安装于支架，动力机构通过第二滑轮与管道的一端可拆卸连接。4.根据权利要求3所述的一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装置，其特征在于，所述轴向位移测量机构包括位移传感器，位移传感器通过所述支架支撑，位移传感器的测量端与所述管道连接；所述定位及位移测量机构安装于反力梁以获取管道径向位移，定位及位移测量机构的测量端朝向管道的径向方向设置；定位及位移测量机构为能实现位...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺芳丁，郭广军，朱振凯，路光旭，李凯，刘炳新，董延朋，郑茂海，李瑞婷，
申请(专利权)人：山东省水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：