[实用新型]考虑深海埋地管受轴向力及管土耦合作用下的试验装置

说明书

本实用新型涉及一种考虑深海埋地管受轴向力及管土耦合作用下的试验装置，包括深水高压舱和位于其内的管土耦合土箱，用于模拟深水环境下试验管件与土体的相互作用，试验管件的两端从管土耦合土箱的箱体两侧伸出并与箱体密封连接，管土耦合土箱包括管土耦合土箱上部端盖、轴力油缸、轴向激振装置、侧向激振装置以及垂向激振装置，其上部端盖设置有数据线穿出孔；试验管件的一侧与用于对其施加轴向力的轴向油缸相连，轴向油缸固定于同侧的深水高压舱的内部；其另一侧与外部油缸相连，外部油缸用于施加轴向激振力，同时在试验管件的垂向和侧向分别利用外部油缸施加垂向和侧向的激振力。

技术领域

本实用新型涉及一种模拟深海在役埋地管道管土耦合作用的试验装置，利用该装置，可以实现对深海埋地管道在外部高压、轴向力以及激震力等一系列复杂外力的联合作用。

背景技术

管道输送一直是油气运输中最快捷的、最经济可靠的主要方式。然而随着海洋资源的开发逐步向深海推进，虽然我国在浅海领域已经积累了大量的经验，但是在深海领域，在役海底埋地管所处的环境复杂多变，管道需要承受深海海水高压、管道周围土体作用，乃至海底地震、海啸等极端载荷的考验。因此通过一定的试验装置和试验方法实现真实海况下的管土耦合作用，同时受高压和轴向力作用的动力响应问题是本实用新型研究的方向。

海底管道在输送石油的过程中在温度和内压共同作用时海底管道体积将会发生膨胀，管土相互作用以及海底管道的边界条件限制轴向的自由移动而产生巨大的轴力，温度和内压是产生轴力的两个主要因素，因而对轴向力对深海埋地管的作用不容忽视；同时，相关研究表明，海床土体的相关参数以及管道的埋深对管线发生屈曲变形都有着不同程度的影响，因而考虑不同情况下的管土耦合作用，对深海埋地管管道系统的可靠性设计和正常运行的动态控制可起到至关重要的作用。

对于目前而言，复杂的管土耦合应力问题必须借助现场测试技术、有限元分析理论等方法加以研究，可以真实模拟管土耦合作用的试验装置和试验方法还有待于进一步发展，国内外有关科研机构设计有一些管土模拟试验土箱，但这类试验装置不足之处也很明显：

1.可重复利用性差。

2.试验土箱成本较高。

因而针对深海海底管道而言，需要将该实验装置更好的切合实际工程需要，因而将管道和土体按一定的比例缩小到实验装置内是一种科学有效的研究方法。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，针对深海海底管道，设计出一种结构简单，拆卸方便，可用于模拟深海埋地管道在考虑轴向力、地震等载荷作用下，管土耦合作用的专用试验设备。本实用新型在考虑由高温高压、管道相互作用以及地震等极端载荷影响而引起轴向力的前提下，利用管土耦合土箱，可实现对海底埋地管道输送石油过程中的管土耦合作用的模拟，从而为深海埋地管道的结构设计提供技术参考。本实用新型的技术方案如下：

一种考虑深海埋地管受轴向力及管土耦合作用下的试验装置，包括深水高压舱和位于其内的管土耦合土箱17，用于模拟深水环境下试验管件6与土体的相互作用，试验管件6的两端从管土耦合土箱17的箱体两侧伸出并与箱体密封连接，其特征在于，所述的管土耦合土箱17包括管土耦合土箱上部端盖2、轴力油缸10、轴向激振装置11、12、侧向激振装置18以及垂向激振装置7、8、9，其上部端盖2设置有数据线穿出孔5；

试验管件6的一侧与用于对其施加轴向力的轴向油缸10相连，轴向油缸10固定于同侧的深水高压舱的内部；其另一侧与外部油缸12相连，外部油缸12用于施加轴向激振力，同时在试验管件6的垂向和侧向分别利用外部油缸9、21施加垂向和侧向的激振力；各个外部油缸与试验管件6的连接均采用球形连接槽和万向球的连接方式，以此模拟由地震等极端载荷作用下产生的轴向、垂向及侧向激振力。