本发明专利技术涉及管道模拟试验技术领域，提供一种基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置及方法，试验箱内铺设有土体和模拟管道，水流侵蚀模拟组件适于朝模拟管道喷射水流，以形成地下空洞；施工模拟组件对土体施加竖向载荷和/或横向载荷；地表载荷模拟组件适于对模拟管道施加竖向载荷；监测组件，适于监测土体以及模拟管道的参数变化。综合考虑了临近管道影响、土壤环境影响、地面荷载影响、周边施工影响等多种影响因素，实现埋地管道结构性隐患的多因素耦合分析，模拟不同工况环境下管道结构性隐患的演化过程及影响机理，相较于单因素影响分析，更符合埋地管道环境复杂、影响因素交叉作用的实际情况；也能避免反复搭建模拟环境、节约模拟成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及管道模拟试验，尤其涉及一种基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置及方法。
技术介绍
1、地下管线是市政设施的重要组成部分，是承载和传输物质流、资源流、信息流的“血管”，对城市运行发展的支撑作用越来越重要。近年来，泄漏、火灾、爆炸、供应中断等地下管线事故频繁发生，严重影响了城市的正常运行和人民群众的生产生活。地下管线埋设在地下，影响因素众多，其安全运行除了受到自身安全隐患的影响外，还容易受到土壤腐蚀、地下病害、临近施工、车辆碾压、周边设施、强降雨等外部因素的影响。管线事故的发生往往不是由于外部环境因素直接导致，而是通过影响管线的稳定运行状态，造成管线安全隐患，进而引发事故。如杂散电流、土壤酸碱度导致金属管道发生腐蚀进而出现泄漏或爆管等事故；地下空洞、重力荷载等通过造成管线变形而发生断裂等。
2、诸多地下管线事故往往是由多类因素共同作用导致管线结构性隐患而引发的。目前，国内在地下管线结构性隐患致因机理方面开展的工作大多侧重于单一因素对地下管线的影响，现有针对埋地管道安全影响分析的技术以单因素影响为主，如施工扰动、杂散电流腐蚀、土壤结构性侵蚀等对管道的影响，而在多因素耦合机理方面的研究相对较少，无法准确对多种因素耦合影响下埋地管道结构性隐患进行分析。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，用于解决现有技术中不能对埋地管道结构性隐患进行多因素耦合分析的缺陷。
2、本专利技术还提出一种基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验方法。
3、根据本专利技术第一方面实施例的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，包括：
4、试验箱，所述试验箱内铺设有土体，所述土体中埋设有模拟管道；所述模拟管道包括第一管道和第二管道；
5、水流侵蚀模拟组件，安装于所述试验箱，所述水流侵蚀模拟组件适于朝所述模拟管道喷射水流，以在所述模拟管道周围形成地下空洞；
6、施工模拟组件，所述施工模拟组件适于对所述土体施加竖向载荷和/或横向载荷；
7、地表载荷模拟组件，设置于所述模拟管道上方，所述地表载荷模拟组件适于对所述模拟管道施加竖向载荷；
8、监测组件，适于监测所述土体的压力变化和位移参数，以及所述模拟管道的应变数据。
9、根据本专利技术实施例的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，所述水流侵蚀模拟组件包括：
10、供水单元；
11、输水管，一端与所述供水单元连接，另一端朝向所述模拟管道喷射水流；
12、节流阀，安装于所述输水管，用于调节所述输水管的流速和流量。
13、根据本专利技术实施例的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，所述基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置还包括空洞探测组件，所述空洞探测组件适于插入所述土体，以检测所述地下空洞的大小和位置。
14、根据本专利技术实施例的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，所述施工模拟组件包括：
15、支撑架；
16、竖向千斤顶，一端安装于所述支撑架，另一端抵接于所述土体的上表面；
17、横向千斤顶，一端安装于所述支撑架，另一端抵接于所述土体的侧面。
18、根据本专利技术实施例的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，所述监测组件包括：
19、管道监测单元；包括多个光纤传感器，多个所述光纤传感器沿着所述模拟管道的外壁轴向设置；
20、土体监测单元，包括第一压力传感器组和第二压力传感器组，所述第一压力传感器组和所述第二压力传感器组分别沿着所述土体的横向和竖向设置。
21、根据本专利技术实施例的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，所述试验箱的内壁面设置有防水层，所述防水层位于所述试验箱和所述土体之间。
22、根据本专利技术实施例的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，所述试验箱的底部中心设置有排水孔；所述土体的下方设置有渗流排水组件，所述渗流排水组件的底部形成有朝向所述排水孔倾斜的倾斜面，所述排水孔通过排水管与外部连通。
23、根据本专利技术第二方面实施例的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验方法，应用于上述所述的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，包括：
24、基于数值模拟和调研分析，设定不同施工工况下所述施工模拟组件对所述土体的横向加载载荷和竖向加载载荷；
25、通过所述监测组件监测所述土体和所述第二管道的参数变化情况。
26、根据本专利技术实施例的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验方法，还包括：
27、通过所述水流侵蚀模拟组件在所述第一管道附近生成所述地下空洞；
28、采集所述地下空洞的参数变化情况，并通过所述监测组件监测所述土体、所述第一管道和所述第二管道的参数变化情况。
29、根据本专利技术实施例的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验方法，还包括：
30、通过所述水流侵蚀模拟组件在所述第一管道附近生成所述地下空洞；
31、通过所述地表载荷模拟组件模拟所述第一管道上方的载荷压力变化情况；
32、通过所述监测组件监测所述土体和所述第一管道的参数变化情况。
33、本专利技术实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
34、本专利技术的实施例，提供一种基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置及方法，基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置包括：试验箱，所述试验箱内铺设有土体，所述土体中埋设有模拟管道，模拟管道包括第一管道和第二管道；水流侵蚀模拟组件，安装于所述试验箱，所述水流侵蚀模拟组件适于朝所述模拟管道喷射水流，以在所述模拟管道周围形成地下空洞；施工模拟组件，所述施工模拟组件适于对所述土体施加竖向载荷和/或横向载荷；地表载荷模拟组件，设置于所述模拟管道上方，所述地表载荷模拟组件适于对所述模拟管道施加竖向载荷；监测组件，适于监测所述土体的压力变化和位移参数，以及所述模拟管道的应变数据。在尽可能还原真实埋地管道环境的同时，对地埋管道同时施加两种甚至更多的影响因素，以模拟复杂环境下的多因素耦合作用对地埋管道结构性隐患的影响机理及演化过程，综合考虑了临近管道影响、土壤环境影响、地面荷载影响、周边施工影响等多种影响因素，能够实现埋地管道结构性隐患的多因素耦合分析，模拟不同工况环境下管道结构性隐患的演化过程及影响机理。一方面相较于其他单因素影响分析，更符合埋地管道环境复杂、影响因素交叉作用的实际情况；另一方面也能避免反复搭建模拟环境、节约模拟成本。
35、本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
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【技术保护点】
1.一种基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，其特征在于，包括：试验箱（1），所述试验箱（1）内铺设有土体（2），所述土体（2）中埋设有模拟管道（3）；所述模拟管道（3）包括第一管道（31）和第二管道（32）；
2.根据权利要求1所述的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，其特征在于，所述水流侵蚀模拟组件（4）包括：
3.根据权利要求1所述的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，其特征在于，所述基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置还包括空洞探测组件（8），所述空洞探测组件（8）适于插入所述土体（2），以检测所述地下空洞（14）的大小和位置。
4.根据权利要求1所述的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，其特征在于，所述施工模拟组件（5）包括：
5.根据权利要求1所述的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，其特征在于，所述监测组件（7）包括：
6.根据权利要求1-5任一项所述的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，其特征在于，所述试验箱（1）的内壁面设置有防水层（11），所述防水层（11）位于所述试验箱（1）和所述土体（2）之间。
7.根据权利要求1-5任一项所述的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，其特征在于，所述试验箱（1）的底部中心设置有排水孔（12）；所述土体（2）的下方设置有渗流排水组件（9），所述渗流排水组件（9）的底部形成有朝向所述排水孔（12）倾斜的倾斜面，所述排水孔（12）通过排水管（13）与外部连通。
8.一种基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验方法，应用于权利要求1-7任一项所述的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验方法，其特征在于，还包括：
10.根据权利要求8所述的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验方法，其特征在于，还包括：
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【技术特征摘要】
1.一种基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，其特征在于，包括：试验箱（1），所述试验箱（1）内铺设有土体（2），所述土体（2）中埋设有模拟管道（3）；所述模拟管道（3）包括第一管道（31）和第二管道（32）；
2.根据权利要求1所述的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，其特征在于，所述水流侵蚀模拟组件（4）包括：
3.根据权利要求1所述的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，其特征在于，所述基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置还包括空洞探测组件（8），所述空洞探测组件（8）适于插入所述土体（2），以检测所述地下空洞（14）的大小和位置。
4.根据权利要求1所述的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，其特征在于，所述施工模拟组件（5）包括：
5.根据权利要求1所述的基于环境的埋地管线结构性隐患模拟试验装置，其特征在于，所述监测组件（7）包括：
6.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：王艳霞，刘克会，邓楠，徐栋，
申请(专利权)人：北京市科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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