[发明专利]一种沉降塌陷一体化的管土相互作用试验装置及试验方法

说明书

本发明涉及一种沉降塌陷一体化的管土相互作用试验装置及试验方法，包括试验模型箱、支撑台、试验土体、试验管道、管道两端卡锁紧固件、地层沉降及塌陷模拟装置以及试验监测系统；地层沉降及塌陷模拟装置包括箱体活动底板、千斤顶、弹簧式位移计；试验测试系统包括拉绳式位移计、应变片、土压力盒、数据采集仪。将试验模型箱搭建好并用千斤顶支撑好可活动钢底板；将试验土体全部装填至箱体内并压实；土体开挖，在预设埋深处敷设并固定贴好位移计及应变片的管道；土压力盒的安装与土体回填；通过千斤顶实现试验土体的沉降或塌陷操作，当管道和土体变形数据基本稳定时，保存数据。

技术领域

本发明涉及地层沉降或塌陷对管道影响的管土相互作用试验领域，具体是一种沉降塌陷一体化的管土相互作用试验装置，可用于分析地层沉降或塌陷对管土相互作用的影响。

背景技术

地下管线可以用来运输水、油、气，也可以应用在通信、供电及排水等方面，分别担负信息传递、能源输送、排涝减灾等功能，对工业生产、城镇生活具有重要的作用。我国地域辽阔、地形复杂，地下管线常需要穿越不同的地质区域，受地质条件的影响较大，难免受到地质灾害的威胁与危害，地质灾害一旦发生，管土相互作用十分显著，极易导致管道弯曲变形、甚至断裂，从而对社会、环境、财产及人身安全造成重大影响。

地层沉降与地层塌陷是引起地下管线变形破坏的两种常见的地质灾害，因此，掌握地层沉降与塌陷导致管线破坏的机理对研究地下管线的安全性及可靠性具有重要意义，试验分析法是研究管土相互作用的主要方法之一，已有的管线试验中，大多是模拟单一类型的地质灾害对管道的影响，比如沉降、塌陷、断层等，试验装置利用率较低，因而需要一种能够模拟不同地质灾害下的管线模拟试验装置。

发明内容

本发明旨在提供一种可以实现分析地层沉降和地层塌陷对管土相互作用影响的一体化试验装置和方法。该试验装置既可以用于研究地层沉降对管道变形受力的影响规律，又可以研究地层塌陷对管道的影响，节省试验时间和用地空间、节约试验成本、实用性强、性价比高、可靠性好、可控制性和可重复性强。

本发明采用的技术方案如下：

一种沉降塌陷一体化的管土相互作用试验装置，包括试验模型箱、试验土体、试验管道、卡锁紧固件、千斤顶、弹簧式位移计和活动钢底板，所述试验模型箱内部填充有试验土体，所述试验模型箱侧壁固定连接有卡锁紧固件，所述试验管道穿过试验土体和试验模型箱延伸至试验模型箱外侧，所述试验管道两端通过卡锁紧固件与试验模型箱固定，所述试验模型箱下部固定连接有活动钢底板，所述活动钢底板位于试验模型箱底部中段，所述活动钢底板下端固定连接有用于带动活动钢底板移动的千斤顶，所述千斤顶关于活动钢底板的水平中心线对称分布，所述活动钢底板下端设置有用于监测土体沉降量的弹簧式位移计，所述弹簧式位移计位于活动钢底板底部中段。

进一步的，所述试验模型箱下端设置有用于支撑试验模型箱的支撑台，所述试验模型箱内部包括有用于观察内部情况的钢化玻璃板和用于支撑保护的钢侧板，所述试验模型箱前后两面采用钢化玻璃板，所述试验模型箱底面及左右两侧面采用钢侧板。

进一步的，所述试验模型箱的前后侧钢化玻璃板上设有用于测量土体敷设高度与监测土体位移的标记点。

进一步的，所述试验管道外侧固定连接有用于监测监测管道应变的应变片，所述试验土体内部设置有用于监测土体压力的土压力盒，所述土压力盒位于试验管道周围，所述试验模型箱内部固定连接有用于监测监测管道位移的拉绳式位移计，所述试验土体内部设置有用于观测土层沉降情况的白色滑石粉。

进一步的，所述应变片在试验管道外侧设置有多组，所述试验管道外侧外侧多组应变片沿着试验管道的轴线方向布置，每组包括三个，贴在管道上部、下部和一个侧部。

进一步的，所述拉绳式位移计在试验模型箱内侧壁分布有多组，所述试验模型箱外侧多个拉绳式位移计沿着试验管道的轴线方向布置。