[发明专利]一种地下压力管线试验装置

说明书

技术领域

本发明属于地下工程、管道工程及市政工程技术领域，涉及一种地下压力管线力学特性试验装置，该装置用于地下压力管线在地层竖向变位作用下的安全性检验。

背景技术

地下管线常被誉为生命线，突显了其在国民经济和人民群众生活中的重要作用。在我国城市化进程不断加速的背景下，地下管线已成为地铁等大型地下工程建设中工程事故的主角，严重影响人民群众的生产和生活，据不完全统计，我国每年因城市地下管线事故造成的经济损失高达450亿元；此外，大型油气管线（比如西气东输、中俄输油管线等工程）在穿越地面沉降区发育区域时，随着地面沉降的不断累积，油气管线安全性受到严重威胁，如何评价地面沉降发育区大型油气管线的长期服役性能已成为大型油气管线建设中的一个重要课题。综上所述，开展地层竖向变位作用下地下压力管线安全特性研究势在必行。但是，目前国内外学者对于地层竖向变位作用下地下压力管线的研究仅限于基于弹性理论和沉降发育模型相结合的理论计算，且理论模型假设条件与工程实际严重不符（例如，忽略管道刚度，认为管道与周围土体协调变形），缺乏行之有效的试验手段来验证和改进已有理论成果，或者为地下压力管线在地层竖向变位作用下的研究提供新的思路。

发明内容

技术问题：本发明提供一种可以真实直观地反映地层竖向变位作用下的地下压力管线安全特性的地下压力管线试验装置。

技术方案：本发明的地下压力管线试验装置，装置的平台上设置有框架，所述框架包括相对设置的左立板和右立板，连接所述两块立板顶端的水平板；

所述水平板下侧中心位置设置有气缸，所述气缸通过设置有调压阀的输气管与高压气源相连接，气缸中的活塞杆穿过气缸下端，所述活塞杆的下端连接有反力加载板；

左立板、右立板上各设置有一个管道固定装置，两个管道固定装置相对应，其中一个管道固定装置上设置有进气孔，所述进气孔通过设置有调压阀的输气管与高压气源相连接；

在水平板下方的平台上设置有一排左右排列的千斤顶，所述千斤顶至少为四个，沿气缸的垂直轴线左右对称排列。

本发明中，管道固定装置为一端封闭的管套，所述管套周向上均匀设置有2~5个带有刻度标示的管道固定螺栓。

本发明中，反力加载板的上侧与活塞杆的下端连接，下侧为与试验管道外壁匹配的凹面。   

本发明的实验装置可以按功能和结构分为三个部分：地层变位模拟系统、管线压力加载系统和测试系统。

（1）地层变位模拟系统。地层变位模拟系统主要由多个（最少4个）不同位置的千斤顶组成，通过设置千斤顶行进的速度和行程来模拟不同的地层竖向变位模式。试验前必须对每个千斤顶的变形量根据预设的地层变位模式进行精确的计算，以保证对地层变位状态模拟的准确性。

（2）管线压力加载系统。地下管线的填埋深度不同，其所受的地应力便不同，即使在相同地层变位模式下管线力学特性变化规律也必然不同，因此模拟地下管线的不同填埋深度十分重要。本发明利用反力加载框架结合气压加载装置实现对管线不同填埋深度的模拟；管道固定端焊接在反力加载框架上，通过管道固定端上的螺丝固定测试管道，测试管道直径的可调节范围为100mm~1100mm，这个范围基本涵盖了市政工程中地下管线和大型油气管线的直径。供气装置采用高压气源，通过调压阀控制供气压力向加载装置供气，加载装置作用压力到待测管线上，模拟管线填埋深度。供气装置还向待测管线内提供压力，将试验管道两侧封闭，通过输气管将气压施加到管道中以模拟管线内压力。考虑到试验安全问题，本试验装置的最大供气压力为2MPa。。

（3）测试系统包括安装在待测管线上的多种测量仪器，测试项目包括：管道的应变（横向与纵向）、管道的位移以及管道直径的变化，相应的测试仪器分别为横向与纵向应变计、百分表以及轴向引伸计。将各个测试仪器与计算机相连，以实现数据自动不间断采集。    

有益效果：本发明突破了目前地层变位模式下地下管线安全特性研究中以理论模型研究为主，但理论模型假设条件与工程严重不符的困局，开发了一种可以模拟不同地层变位模式、不同管线埋藏深度、不同管线直径、不同管材等各种工况的地下压力管线试验装置，从模型试验的角度分析地下管线的在地层变位模式下的应力及变形发展规律，填补了地下压力管线在地层变位作用下安全特性试验装置方面的空白。