[實(shí)用新型]一種多功能管土作用模擬實(shí)驗(yàn)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220624077.2
• 申請日: 2012-11-23
• 公開（公告）號: CN202916109U
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張鵬;馬保松;蘭海濤;曾聰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于地下管道工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種管道與土體相互作用模擬實(shí)驗(yàn)的多功能實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

地下管道工程涉及到的管道與土體相互作用機(jī)理十分復(fù)雜，并且施工斷面又處于一定深度的地層之內(nèi)，具有不可見性，加之地層的復(fù)雜性，管道鋪設(shè)過程中容易發(fā)生孔壁坍塌、地表沉降等事故，給施工帶來很大風(fēng)險。隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及能源安全工程中都涉及大量的地下管道工程，急需專門的管土模擬實(shí)驗(yàn)平臺來對實(shí)際工程進(jìn)行預(yù)先模擬、技術(shù)指導(dǎo)、施工方案的優(yōu)化以及風(fēng)險評估等。

將管道和土體按一定比例縮小到實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的管土模擬實(shí)驗(yàn)土箱是一種科學(xué)有效的研究方法。國外有關(guān)科研機(jī)構(gòu)設(shè)計有一些管土模擬實(shí)驗(yàn)土箱，但普遍存在結(jié)構(gòu)固定和功能單一的缺點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)土箱往往只為完成特定的模擬實(shí)驗(yàn)專門設(shè)計，可重復(fù)利用性差，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)土箱的成本較高；而國內(nèi)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺大多為盾構(gòu)實(shí)驗(yàn)平臺，沒有專門的管土模擬實(shí)驗(yàn)平臺。

?實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是：提供一種多功能管土作用模擬實(shí)驗(yàn)裝置，克服普通管道模擬實(shí)驗(yàn)土箱結(jié)構(gòu)尺寸固定、無法重復(fù)利用、功能單一的缺點(diǎn)，可用于管道的安裝、運(yùn)行以及修復(fù)過程的實(shí)驗(yàn)?zāi)M。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案是：

一種多功能管土作用模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括容納實(shí)驗(yàn)回填土體和安裝實(shí)驗(yàn)管道的土箱，和埋設(shè)于箱體內(nèi)土體中的傳感器；其特征在于：沿管道鋪設(shè)方向相對的土箱兩側(cè)壁之間夾置兩端蓋，兩側(cè)壁和兩端蓋均由多個箱壁模塊拼裝而成，各端蓋上開設(shè)管道安裝洞口，且各管道安裝洞口上連接變徑法蘭；土箱蓋板上設(shè)置加載框架，底板下設(shè)置底座；兩側(cè)壁和土箱蓋板內(nèi)壁上均設(shè)置加壓氣囊。

按上述技術(shù)方案，底座由一層H型鋼支撐柱和位于H型鋼支撐柱下的混凝土基礎(chǔ)構(gòu)成；所述加載框架固定在土箱蓋板上，由上下疊置固定的上層蓋板和中間鋼板焊接構(gòu)成；中間鋼板和上層蓋板之間以及中間鋼板與土箱蓋板之間均焊接一層H型鋼；由上層蓋板往下，箱體兩端處的長加載鋼筋依次穿過上層蓋板、中間鋼板、土箱蓋板和各箱壁模塊并固定在底座混凝土基礎(chǔ)上，兩端長加載鋼筋之間的短加載鋼筋依次穿過上層蓋板、中間鋼板并固定在土箱蓋板上方的螺栓上；側(cè)壁加載鋼筋串接多個箱壁模塊后伸出土箱蓋板并固定在對應(yīng)的螺栓上。?

按上述技術(shù)方案，箱壁模塊由兩層構(gòu)成，包括內(nèi)層主鋼板和外側(cè)鋼板。

按上述技術(shù)方案，所述加壓氣囊為橡膠加壓氣囊，土箱蓋板內(nèi)壁加壓氣囊最大設(shè)計壓力1000kPa，兩側(cè)壁加壓氣囊的設(shè)計壓力為800kPa。

按上述技術(shù)方案，所述傳感器埋設(shè)在土體需要測量的位置；或者設(shè)置管道上。

本實(shí)用新型的土箱以模擬管土實(shí)驗(yàn)為目的，吸收國內(nèi)外現(xiàn)有土箱的優(yōu)點(diǎn)，創(chuàng)新地采用模塊化的設(shè)計思路，克服了普通管道模擬實(shí)驗(yàn)土箱結(jié)構(gòu)尺寸固定、功能單一的缺點(diǎn)，其有益之處在于三個方面：

（1）土箱尺寸的模塊化設(shè)計，土箱由箱壁模塊通過螺栓連接拼裝而成，先設(shè)計較小尺寸的箱壁拼裝單元，然后再將小單元拼接成所需尺寸的整體箱壁，通過改變箱壁拼裝單元的數(shù)量就可以改變土箱的整體尺寸。如果箱壁某個部位失效，只需更換失效部位的箱壁單元，而不必像整體式箱壁那樣更換掉整塊箱壁，使得系統(tǒng)的維護(hù)成本大大降低。

（2）土箱功能的模塊化設(shè)計，設(shè)計一系列變徑法蘭，通過在管道安裝箱壁連接不同的變徑法蘭，便可以滿足不同直徑和數(shù)目的管道的測試實(shí)驗(yàn)。還可以將后續(xù)設(shè)計的功能模塊安裝在原有的土箱主體上，使其具有新的功能，不斷實(shí)現(xiàn)功能的升級。

（3）土箱加載裝置為橡膠氣囊雙向加壓，設(shè)計最大壓力為1000kPa，可模擬100m水柱壓力或是50m厚土層壓力，可滿足大部分管道上覆壓力的要求。加載裝置特點(diǎn)為：在土箱上部和一對側(cè)壁安裝加壓氣囊，可對土體實(shí)現(xiàn)雙向加壓，由于地下管道的受力狀態(tài)通常看做平面應(yīng)變狀態(tài)，該雙向加壓氣囊可較好的模擬，并且氣囊加載與液壓加載方式相比，壓力分布更加均勻，更接近實(shí)際地層壓力的分布。

本實(shí)用新型可用于管道的安裝（直埋式或非開挖）、運(yùn)行以及修復(fù)過程的實(shí)驗(yàn)?zāi)M，利用預(yù)先埋設(shè)在土體中的各種傳感器獲得模擬實(shí)驗(yàn)中土體以及管道的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等參數(shù)，從而研究管道和土體各參數(shù)之間的相互關(guān)系。是一種管道施工中模擬管道和土體相互作用的實(shí)驗(yàn)平臺，同時還具有檢測管道接頭密封和模擬土體凍結(jié)實(shí)驗(yàn)的功能。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。

圖1為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施的土箱結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的左視圖。