[發明專利]城市地下管道滲漏引發地面塌陷的試驗裝置

有效

• 申請號: 201610306354.8
• 申請日: 2016-05-10
• 公開（公告）號: CN106018736B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 高曉靜;王秋生;范立峰;李鵬飛;蘇瑞林
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明涉及一種可用于地鐵開挖和城市市政工程施工等地下工程的物理模型試驗裝置，尤其是一種可對城市地面塌陷進行綜合模擬的試驗平臺，特別是涉及一種城市地下管道滲漏引發地面塌陷的試驗裝置，屬于地面塌陷試驗裝置技術領域。

技術背景

物理模型試驗是研究城市地下空間安全防控問題的重要手段，在國內外被廣泛應用，在工程研究和設計中發揮著重要作用。國內外學者針對城市地鐵隧道開挖和市政工程施工導致的地面塌陷問題進行了卓有成效的研究工作，并研制開發了不同規模與用途的模型試驗設備。

目前，隨著我國城市建設的快速發展，城市地面塌陷事故頻繁發生，城市地下排水管道多建設于上世紀六、七十年代，多數管道腐蝕現象嚴重，同時由于市政工程施工擾動、隧道開挖和地面荷載加重等多種因素的影響，使得城市地下管道滲漏引發地面塌陷事故逐年增加，而相關研究卻處于初級階段，不能從根本上認識該類事故的災變機理和演化規律，從而不能提出合理有效的預防措施和防治方法。該專利提供了一種城市地下管道滲漏引發地面塌陷的試驗裝置，試圖解決上述問題。

物理模型試驗的幾何相似比是一個關鍵的技術指標，幾何相似比取的過小，雖然能夠節省試驗材料，方便操作，但是過小的模型體量會限制管線的布置，同時操作空間狹小更容易受到外界因素的干擾，從而影響試驗精度。因此，在條件許可的情況下，應盡量采用較大的模型幾何相似比，這就給模型試驗過程增加了難度。比如大尺寸的模型箱用料較大，在模擬實際工況時，土料用量和管線內徑尺寸也相應增加。隨著地下空間開發的越來越多，出現地面塌陷事故越來越多，急需通過模型試驗來充分認識城市地下管線滲漏引發地面塌陷的災變機理和演化機制，從而為塌陷預測和預防提供可靠的依據。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種城市地下管道滲漏引發地面塌陷的試驗裝置，以充分認識城市地面塌陷的災變機理和演化機制。

具體來說，本發明提供了一種城市地下管道滲漏引發地面塌陷的試驗裝置，包括土料、地下管道(1)、模擬地面塌陷的模型箱(2)、流量計(6)、過濾流失土體顆粒的水箱(3)。

模擬地面塌陷的模型箱由鋼板和透明有機玻璃板制成，模擬地面塌陷的模型箱正面采用透明有機玻璃板，此面能夠看到模擬地面塌陷的模型箱內部情況，其他三側面和底面采用鋼板；內部裝填土料，地下管道(1)埋設在模擬地面塌陷的模型箱(2)內的土料，優選地下管道(1)水平埋設；

過濾流失土體顆粒的水箱(3)由三塊過濾隔板(12)將水箱分成平行的四格，四部分之間連通，過濾隔板過濾埋設地下管道周圍流失的土體顆粒，避免土體進入潛水泵影響其正常使用。

過濾流失土體顆粒的水箱(3)第一格內設有潛水泵(4)，潛水泵(4)通過透明鋼絲管與地下管道(1)的進水端連接；地下管道(1)的出水端所對應的模擬地面塌陷的模型箱的側面上設有地下管道出口，地下管道(1)出水端經地下管道出口經由流量計(6)由透明鋼絲管與過濾流失土體顆粒的水箱(3)第四格連接；潛水泵(4)與變頻器(5)連接。

所述模型箱進水端與所述水箱中的潛水泵連接，潛水泵與變頻器通過電線連接，通過調節變頻器的頻率可以控制潛水泵的出水流量；所述地下管道(1)出水端連接流量計，測量出水口管線水流速；所述流量計與所述水箱通過透明鋼絲管連接。

為了避免地下管道(1)內出現積水現象，與地下管道(1)進水端和出水端相連的透明鋼絲管內徑尺寸大小不同，出水端透明鋼絲管內徑尺寸大于進水端透明鋼絲管內徑尺寸。進水端的透明鋼絲管繞過模擬地面塌陷的模型箱(2)對應的側面上端與進水端連接。

所述模型箱正面鑲嵌透明有機玻璃板，左側面即進水端側面焊接爬梯(11)，右側面底部留有出水管口，背面設置土料填裝口，四周及底面焊接加勁肋。

優選地，所述模型箱由鋼板制成，背面設置土料填裝口，左側面焊接爬梯方便試驗過程中進出模型箱，地下管道埋設于模型箱中的填充土料，地下管道的埋深高度可根據實驗要求任意調整。

優選地，所述模型箱進水端與所述水箱中潛水泵連接，潛水泵的揚程足夠大以保證進水流暢，潛水泵與變頻器通過電線連接，變頻器的頻率控制潛水泵的出水流量；所述模型箱出水端連接流量計，用以測量出水口管線流速。

優選地，所述模型箱正面鑲嵌的透明有機玻璃板被加勁肋分隔成四塊面積相同的正方形，鋼板厚度和加勁肋的設計可以保證填滿土料的模型箱在100t荷載作用下的變形小于3mm。