自平衡式埋地管道與土體相互作用試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及埋地管道與土體之間的相互作用試驗(yàn)?zāi)M裝置
【背景技術(shù)】
[0002]埋地管道作為供水供電供能的重要渠道之一，具有分布范圍廣，運(yùn)輸距離長(zhǎng)的特點(diǎn)，管道不可避免地要穿越地質(zhì)條件復(fù)雜地段，如斷層、滑坡、沉陷區(qū)等。此類不良地質(zhì)的發(fā)展，將引起管土之間的相對(duì)位移，管土相互作用也變得劇烈，極有可能引起管道的大變形甚至破壞，威脅到埋地管道正常運(yùn)行。如今對(duì)埋地管道與土體間的相互作用試驗(yàn)研究并不多見(jiàn)，尤其是針對(duì)管土間發(fā)生較大相對(duì)位移及埋深較大的情況，研究者更愿意利用數(shù)值模擬的手段對(duì)管土相互作用進(jìn)行參數(shù)研究，不可否認(rèn)，數(shù)值模擬的研究方法具有一定的合理性，然而該方法在方程離散、本構(gòu)關(guān)系、接觸形式等關(guān)鍵問(wèn)題上都做了相當(dāng)程度的簡(jiǎn)化，結(jié)果的準(zhǔn)確性及真實(shí)性需在試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭械玫津?yàn)證甚至修正，因此試驗(yàn)?zāi)M是埋地管道與土體間的相互作用研究工作中必不可少的一環(huán)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種自平衡式埋地管道與土體相互作用試驗(yàn)裝置。以考量各種因素對(duì)埋地管道與土體相互作用的影響，并觀察管土相互作用中管周土體的變形機(jī)制，為管土相互作用的研究工作提供試驗(yàn)依據(jù)。
[0004]自平衡式埋地管道與土體相互作用試驗(yàn)裝置，其特征在于:包括管道、管箍、水平反力架及豎向反力架、水平作動(dòng)器及豎直作動(dòng)器、箱體、有機(jī)玻璃觀察窗口、觀察窗口鋼框架、鋼絞線、豎向加載墊板、水平加載擋板以及傳感器系統(tǒng)；
1)水平作動(dòng)器(6)及豎直作動(dòng)器(3)均安裝在箱體上，與箱體形成一個(gè)整體；
2)箱體正面板開(kāi)設(shè)有機(jī)玻璃觀察窗口(15)，有機(jī)玻璃鑲嵌在觀察窗口鋼框架(14)
上;
3)管道的布置應(yīng)滿足管軸至箱體左、右側(cè)板、底板和豎向加載板的距離均不小于5倍管徑的要求；
4)管箍(13)上開(kāi)有螺紋孔用于接入螺絲(21)將管箍(13)固定于管道(12)外表面；
5)傳感器系統(tǒng)包括薄膜土壓力計(jì)、應(yīng)變片、拉線式位移計(jì)、力傳感器，薄膜土壓力計(jì)及應(yīng)變片均布置在試驗(yàn)管道(12)外表面，拉線式位移計(jì)兩端分別連接于水平加載擋板(7)和箱體(16)，力傳感器安裝在水平作動(dòng)器(6)和水平加載擋板(7)之間。
進(jìn)一步，側(cè)面板外側(cè)焊接擋土插槽(10)，插槽(10)內(nèi)插入擋土木板(11)，擋土木板
(11)上開(kāi)有大于鋼絞線(8)直徑的圓孔。進(jìn)一步，在背面板上開(kāi)有矩形洞口，洞口外側(cè)裝有背面擋土鋼板(19)。進(jìn)一步，豎向作動(dòng)器(3)利用螺栓桿(5)及安裝墊板(4)固定于豎直反力架上。進(jìn)一步，箱體上方四個(gè)角落設(shè)有吊環(huán)(18)。
試驗(yàn)管道(12)的管徑或管材改變，以研究管徑、管材對(duì)管土相互作用的影響。管道
(12)外表面上布置的薄膜土壓力計(jì)記錄管土之間發(fā)生相對(duì)位移前后的管道周圍的土壓力分布情況，用于研究管周土壓分布規(guī)律。管道(12)與管周土壓力分布數(shù)據(jù)結(jié)合試驗(yàn)記錄的總荷載值，用于分析不同工況下管土之間摩擦系數(shù)的取值。豎直作動(dòng)器(3)用以對(duì)鋪設(shè)于土體上方的豎向加載墊板(9)進(jìn)行豎向加載，加載方式采用力加載；水平作動(dòng)器(6)采用位移加載方式。
[0005]I)水平作動(dòng)器(6)及豎直作動(dòng)器(3)均安裝在箱體上，與箱體形成一個(gè)整體，試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平衡，無(wú)需利用地錨固定，同樣不需要利用實(shí)驗(yàn)室大型荷載架或反力墻，有利于節(jié)省寶貴的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備資源；
2)正面板上開(kāi)設(shè)有機(jī)玻璃觀察窗口(15)，有機(jī)玻璃鑲嵌在觀察窗口鋼框架(14)上，透過(guò)有機(jī)玻璃觀察窗口(15)可以觀察到管道周圍土體的變形過(guò)程，對(duì)于埋深較大工況，可以觀察到管土相互作用過(guò)程中土拱效應(yīng)的形成，有利于從物理機(jī)制的角度去理解管土相互作用過(guò)程；
3)經(jīng)過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，管道的布置應(yīng)滿足管軸至箱體左、右側(cè)板、底板和豎向加載板的距離均不小于管徑的5倍的要求，以避免邊界效應(yīng)對(duì)試驗(yàn)的影響；
4)管箍(13)在圓柱面中心附近向內(nèi)凹陷I?2cm(與鋼絞線直徑接近)，呈啞鈴狀，鋼絞線(8)環(huán)繞在凹陷處，在管箍上開(kāi)有螺紋孔，可接入固定螺絲(21)便于將管箍(13)固定于管道(12)上；
5)設(shè)有傳感器系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng)包括薄膜土壓力計(jì)、應(yīng)變片、拉線式位移計(jì)、力傳感器，薄膜土壓力計(jì)及應(yīng)變片均安裝在試驗(yàn)管道(12)上，拉線式位移計(jì)連接于水平加載擋板(7)上，力傳感器安裝于水平作動(dòng)器(6)和水平加載擋板(7)之間。
6)管道(12)外側(cè)布置薄膜土壓力計(jì)，可以記錄管土之間發(fā)生相對(duì)位移前后的管道周圍的土壓力分布情況，用于管周土壓分布的研究工作，此外，管周土壓力分布數(shù)據(jù)結(jié)合試驗(yàn)記錄的總荷載值，可以用作分析不同工況下管土之間摩擦系數(shù)的取值；
7)利用豎直作動(dòng)器(3)對(duì)鋪設(shè)于土體上方的豎向加載墊板(9)進(jìn)行加載，可以模擬埋地管道埋深較大的工況，避免了模型箱尺寸過(guò)小從而不能討論埋深較大工況的缺陷；
8)豎向作動(dòng)器(3)采用水平加載時(shí)類似的連接方式，將加載擋板、鋼絞線(8)及管道
(12)依次連接，可以用來(lái)進(jìn)行豎直方向的管土相互作用試驗(yàn)，模擬地面沉陷區(qū)埋地管道的受力變形情況；
9)為了避免試驗(yàn)中土體從側(cè)面板豎縫(20)中擠出，在側(cè)面板外側(cè)焊接擋土插槽(10)，插槽(10)內(nèi)插入擋土木板(11)，擋土木板(11)上開(kāi)有略大于鋼絞線(8)直徑的圓孔，其中擋土木板(11)在插槽(10)內(nèi)的位置可豎直方向進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0006]本發(fā)明的傳力裝置由鋼絞線(8)承擔(dān)，鋼絞線(8) —端連接于水平加載擋板(7)上，另一端連接于管箍(13)上。本發(fā)明試驗(yàn)管道(12)的管徑及管材均可改變，以研究管徑及管材對(duì)管土相互作用的影響。
[0007]本發(fā)明在背面板上開(kāi)有矩形洞口，洞口外側(cè)裝有背面擋土鋼板(19)，該擋土鋼板可拆卸，方便進(jìn)行下一組試驗(yàn)前，將箱體底部不易挖出的殘余土體清除干凈。
[0008]本發(fā)明試驗(yàn)管道(12)外側(cè)套有管箍(13)，可以避免管道受力過(guò)于集中。
[0009]本發(fā)明豎向作動(dòng)器(3)利用螺栓桿(5)及安裝墊板(4)固定于豎直反力架上
[0010]本發(fā)明箱體上方四個(gè)角落里設(shè)有吊環(huán)(18)，方便試驗(yàn)裝置的運(yùn)移，箱體上部直角轉(zhuǎn)折處焊有加勁肋，避免箱體強(qiáng)度不足破壞。
[0011]由于采用本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明具備以下功能:裝置本身配有簡(jiǎn)單的反力架裝置，作動(dòng)器直接安裝于模型箱體上，實(shí)現(xiàn)整體自平衡，試驗(yàn)的開(kāi)展無(wú)需借助地錨及大型荷載架或反力墻裝置，有利于節(jié)省寶貴的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備資源；利用該裝置可以研究土質(zhì)、埋深(包括埋深較大情況)、管徑、管材、含水量等因素對(duì)管土相互作用的影響，裝置中布置的傳感器系統(tǒng)可以獲取管土相互作用中管周土壓力分布、管道應(yīng)變情況及管周土體荷載位移曲線。對(duì)于埋深較大情況，通過(guò)有機(jī)玻璃觀察窗口還可以觀察到管道運(yùn)動(dòng)過(guò)程中土拱效應(yīng)的形成過(guò)程，可為管土相互作用的研究工作提供有意義的參考依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明所提供的實(shí)施例的示意圖一。