[实用新型]一种多功能管土作用模拟实验装置

说明书

技术领域

本实用新型属于地下管道工程技术领域，具体涉及一种管道与土体相互作用模拟实验的多功能实验装置。

背景技术

地下管道工程涉及到的管道与土体相互作用机理十分复杂，并且施工断面又处于一定深度的地层之内，具有不可见性，加之地层的复杂性，管道铺设过程中容易发生孔壁坍塌、地表沉降等事故，给施工带来很大风险。随着国内经济的发展，基础设施建设以及能源安全工程中都涉及大量的地下管道工程，急需专门的管土模拟实验平台来对实际工程进行预先模拟、技术指导、施工方案的优化以及风险评估等。

将管道和土体按一定比例缩小到实验箱内的管土模拟实验土箱是一种科学有效的研究方法。国外有关科研机构设计有一些管土模拟实验土箱，但普遍存在结构固定和功能单一的缺点，实验土箱往往只为完成特定的模拟实验专门设计，可重复利用性差，导致实验土箱的成本较高；而国内的相关实验平台大多为盾构实验平台，没有专门的管土模拟实验平台。

 实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种多功能管土作用模拟实验装置，克服普通管道模拟实验土箱结构尺寸固定、无法重复利用、功能单一的缺点，可用于管道的安装、运行以及修复过程的实验模拟。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案是：

一种多功能管土作用模拟实验装置，包括容纳实验回填土体和安装实验管道的土箱，和埋设于箱体内土体中的传感器；其特征在于：沿管道铺设方向相对的土箱两侧壁之间夹置两端盖，两侧壁和两端盖均由多个箱壁模块拼装而成，各端盖上开设管道安装洞口，且各管道安装洞口上连接变径法兰；土箱盖板上设置加载框架，底板下设置底座；两侧壁和土箱盖板内壁上均设置加压气囊。

按上述技术方案，底座由一层H型钢支撑柱和位于H型钢支撑柱下的混凝土基础构成；所述加载框架固定在土箱盖板上，由上下叠置固定的上层盖板和中间钢板焊接构成；中间钢板和上层盖板之间以及中间钢板与土箱盖板之间均焊接一层H型钢；由上层盖板往下，箱体两端处的长加载钢筋依次穿过上层盖板、中间钢板、土箱盖板和各箱壁模块并固定在底座混凝土基础上，两端长加载钢筋之间的短加载钢筋依次穿过上层盖板、中间钢板并固定在土箱盖板上方的螺栓上；侧壁加载钢筋串接多个箱壁模块后伸出土箱盖板并固定在对应的螺栓上。 

按上述技术方案，箱壁模块由两层构成，包括内层主钢板和外侧钢板。

按上述技术方案，所述加压气囊为橡胶加压气囊，土箱盖板内壁加压气囊最大设计压力1000kPa，两侧壁加压气囊的设计压力为800kPa。

按上述技术方案，所述传感器埋设在土体需要测量的位置；或者设置管道上。

本实用新型的土箱以模拟管土实验为目的，吸收国内外现有土箱的优点，创新地采用模块化的设计思路，克服了普通管道模拟实验土箱结构尺寸固定、功能单一的缺点，其有益之处在于三个方面：

（1）土箱尺寸的模块化设计，土箱由箱壁模块通过螺栓连接拼装而成，先设计较小尺寸的箱壁拼装单元，然后再将小单元拼接成所需尺寸的整体箱壁，通过改变箱壁拼装单元的数量就可以改变土箱的整体尺寸。如果箱壁某个部位失效，只需更换失效部位的箱壁单元，而不必像整体式箱壁那样更换掉整块箱壁，使得系统的维护成本大大降低。

（2）土箱功能的模块化设计，设计一系列变径法兰，通过在管道安装箱壁连接不同的变径法兰，便可以满足不同直径和数目的管道的测试实验。还可以将后续设计的功能模块安装在原有的土箱主体上，使其具有新的功能，不断实现功能的升级。

（3）土箱加载装置为橡胶气囊双向加压，设计最大压力为1000kPa，可模拟100m水柱压力或是50m厚土层压力，可满足大部分管道上覆压力的要求。加载装置特点为：在土箱上部和一对侧壁安装加压气囊，可对土体实现双向加压，由于地下管道的受力状态通常看做平面应变状态，该双向加压气囊可较好的模拟，并且气囊加载与液压加载方式相比，压力分布更加均匀，更接近实际地层压力的分布。

本实用新型可用于管道的安装（直埋式或非开挖）、运行以及修复过程的实验模拟，利用预先埋设在土体中的各种传感器获得模拟实验中土体以及管道的应力、应变和位移等参数，从而研究管道和土体各参数之间的相互关系。是一种管道施工中模拟管道和土体相互作用的实验平台，同时还具有检测管道接头密封和模拟土体冻结实验的功能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

图1为根据本实用新型实施的土箱结构示意图。

图2为图1的左视图。