[发明专利]考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置及方法，本方案考虑土体温度效应、操作简单，实用性较强，且成本较低，能够满足工程设计的需要。所述装置包括试验模型箱、模型管道、顶部加载板、竖向堆载、温度控制系统和牵引检测装置，模型管道的两端露出试验模型箱两侧并与试验模型箱滑动连接，所述试验模型箱两侧分别设置温度控制系统和牵引检测装置，所述模型管道内设置有温度加载系统和温度传感器。所述方法步骤包括准备试验所需土样；进行管道与黏土轴向摩擦试验；进行常温对照试验，绘制不同温度条件下位移与摩擦力的关系曲线；分析量化得到摩擦力的变化规律。

技术领域

本发明属于与海洋能源管道工程相关的，在室内试验中用于结构与土界面力学特性测定的技术领域，涉及一种用于测定土在不同升温条件下结构与土的轴向摩擦特性的试验装置。

背景技术

随着人民生活水平的提高，对于能源的消耗日益增长，全球70％以上的油气资源蕴藏在海底。在这样的背景下，我国也在大力进行着海洋油气资源的开发，因此大量的管道运输工程，尤其是海洋管道需要建设。而由于海洋管道在运输高温高压油气过程中，管道本身受着高温高压油气的影响而温度升高，导致管道膨胀，同时产生巨大轴向抗力，引起“走管”现象；而在管道本身具有一定初始缺陷时会产生巨大弯矩，诱发管道整体屈曲或局部屈曲。与此同时管道温度升高引起周围土层温度变化，周围黏土受到温度影响后工程性质会有一定的变化。

在管道设计中，管道与黏土轴向相互作用力是非常重要的设计参数。传统研究主要将管道升温作为位移或者力荷载进行考虑，而如何同时考虑管道升温引起的周围黏土温度效应以及管道与黏土的相互作用成为了新的难点。因此，开发一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置具有重要的工程意义。

发明内容

本发明专利旨在提供现有技术中的管道与黏土轴向摩擦试验为考虑温度影响造成实验结果差异的不足之处，提供考虑黏土温度效应、操作简单，实用性较强，且成本较低，能够满足工程设计的需要的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，包括试验模型箱、模型管道、顶部加载板、竖向堆载、温度控制系统和牵引检测装置，所述试验模型箱顶端敞口，顶部加载板设置在试验模型箱的顶部，竖向堆载设置在顶部加载板的顶部，模型管道的两端露出试验模型箱两侧并与试验模型箱滑动连接，所述试验模型箱两侧分别设置温度控制系统和牵引检测装置，所述模型管道内设置有温度加载系统和温度传感器，所述温度加载系统和温度传感器分别连接温度控制系统，所述牵引检测装置连接模型管道。

作为优选，试验模型箱内底部设有排水层，所述排水层由土工布包裹砂砾石组成。

作为优选，顶部加载板底面设置有土工布。

作为优选，所述试验模型箱两侧分别设置有两个竖直延伸的条形槽，试验模型箱在条形槽处滑动连接有上活动槽板和下活动槽板，所述上活动槽板的下端以及下活动槽板的上端均设置有半圆形缺口，所述的两个半圆形缺口可拼接为一个圆形通孔，模型管道两端分别滑动连接两侧的圆形通孔。

作为优选，所述试验模型箱两侧分别竖直设置有一根钢轴杆，所述上活动槽板设有上滑动支座，下活动槽板设有下滑动支座，所述上滑动支座和下滑动支座分别滑动连接所述钢轴杆的上下两端。

作为优选，所述钢轴杆设有螺纹，钢轴杆分别在上滑动支座和下滑动支座下方设有活动螺栓。

作为优选，模型管道靠近牵引检测装置一端封闭且这一端设置有进水孔和出水孔，所述进水孔位于出水孔下方。

作为优选，模型管道靠近牵引检测装置一端设有高温控制阀。