[發明專利]一種測量管道側向土抗力的試驗裝置

在審

• 申請號: 201510038940.4
• 申請日: 2015-01-26
• 公開（公告）號: CN104677540A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 唐友剛;王臻魁;馮浩
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

所屬技術領域

本發明屬于海底管道測試技術領域，涉及一種是一種管道-土壤相互作用試驗裝置。

背景技術

近年來，海洋油氣工程逐漸向深海發展。海底管道的正常工作是深海油氣開發的重要保障，而深海海底管道一般裸置于海床表面或部分埋置。在管內高溫高壓作用下，裸置在海床表面的管道會發生側向屈曲，過大的側向移動會導致局部應力超過屈服極限，從而導致管道結構發生破壞，造成重大工程事故。

目前，在海底管道側向屈曲的理論研究和數值模擬中，管道受到的土壤抗力采用庫倫摩擦模型。此方法在海底管道的概念設計階段可行，但是，如果在詳細設計階段仍然采用庫倫摩擦模型就不能準確預估海底管道的側向屈曲。因此，進行海底管道側向土抗力試驗研究，更加準確的模擬管道在側向移動過程中受到的土抗力對于海底管道整體屈曲的預報非常的關鍵。

基于此，唐友剛提出了一種海底管道側向往復移動載荷試驗裝置[201410438850.X]。該裝置可以測量裸置管道在砂土表面往復運動過程中受到的土壤作用力。但是該裝置尚存在以下問題：(1)該裝置中的試驗管道在側向移動過程中無法自由升降，因為該專利中采用軸承座實現試驗管道的升降，但是軸承座的軸向摩擦比較大，對試驗管道的升降產生較大影響；(2)該裝置無法調節試驗管道的重量，使用一根試驗管道只能夠模擬一種情況；(3)該裝置無法測量試驗管道在側向移動過程中的垂向位移；(4)該裝置的測力系統不具有重復性，當更換一次試驗管道，就要重新粘貼應變片，操作比較復雜。針對以上問題，本發明專利在專利[201410438850.X]的基礎上提出了一種測量管道側向土抗力的試驗裝置。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種測量管道側向土抗力的試驗裝置，用于測量試驗管道在側向移動過程中受到的土壤抗力。本裝置能夠防止試驗管道滾動、允許試驗管道自由升降，且本裝置可以調節管道重量，能夠正確模擬真實海底管道的側向運動狀態，測量的土壤抗力更加接近海底管道在真實狀態下的受力。本發明的方案如下：

一種測量管道側向土抗力的試驗裝置，包括：土槽(1)，兩條水平直線導軌(2)，水平小車(3)，豎向直線導軌(4)，兩個豎直桿(9)，測力系統，測位移系統，調節管道重量系統，動力系統幾個部分，其中，

沿著土槽(1)長度方向放置有兩條相互平行的水平直線導軌(2)，土槽(1)內預置一定深度的土體，在土體表面鋪設有試驗管道(11)，試驗管道(11)直接放置在土體表面(12)或者嵌入到土體中一定深度；

在兩條水平直線導軌(2)上分別設置有滑塊(14)，水平小車(3)固定在滑塊(14)上，可以通過滑塊(14)沿著土槽上的水平直線導軌(2)往復運動；

在水平小車(3)上固定有兩條豎向直線導軌(4)，兩條豎向直線導軌(4)的間距大于試驗管道(11)的長度，在每條豎向直線導軌(4)上各布置有兩個滑塊(20)，4個滑塊(20)相互固定連接；

所述的測力系統包括四個拉壓力傳感器(10)，在豎向直線導軌(4)的每個滑塊(20)處布置一個拉壓力傳感器(10)，拉壓力傳感器(10)的一端與豎直桿(9)固定連接，另一端與相應的豎向直線導軌上的一個滑塊(20)固定連接；

所述的測位移系統用于測量用于測量水平小車(3)的水平位移及試驗管道(11)的垂向位移；

所述的調節管道重量系統包括定滑輪(8)、牽引繩(19)和配重(16)，定滑輪(8)固定在水平小車(3)上，牽引繩(19)的一端與試驗管道(11)連接，另一端與配重(16)連接；通過改變配重(16)的重量，調節試驗管道(11)對土體的壓力，以模擬相同直徑、不同壁厚的試驗管道(11)。

兩個豎直桿(9)的底端分別與試驗管道(11)的兩端固定連接。

作為優選實施方式，所述的測位移系統包括兩個直線位移傳感器(6)，一個直線位移傳感器(6)固定在土槽(1)一端，其測量端口與水平小車(3)連接，用于測量水平小車(3)的水平位移；另一個直線位移傳感器(6)布置在水平小車(3)上，其測量端口與試驗管道(11)連接，用于測量試驗管道(11)的垂向位移。

所述的動力系統包括分別布置在土槽(1)兩端的兩套電動機和滾筒(7)，電動機用于驅動滾筒轉動，在滾筒(7)上纏繞有繩索(5)，繩索(5)的一端固定在滾筒(7)上，另一端固定在水平小車(3)上，通過水平小車(3)帶動試驗管道(11)水平運動；試驗管道(11)受到的水平方向的合力與四個拉壓力傳感器(10)收到的合力相等。

本發明的有益效果如下：