[發明專利]一種埋地管道足尺原位試驗結構及其試驗方法

在審

• 申請號: 202110606730.6
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113138076A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 倪芃芃;陳清樹;劉建強;謝琪武;葉明鴿
• 申請（專利權）人: 中山大學;南方海洋科學與工程廣東省實驗室（珠海）
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文;管瑩

本發明涉及管道工程技術領域，公開了一種埋地管道足尺原位試驗結構及其試驗方法，該結構包括基坑、沉陷坑、垂向加載作動器、密封管道和真空泵，所述基坑內填充有土體；所述沉陷坑開設于所述基坑的底面一側；所述沉陷坑的頂面設置有加載板；所述垂向加載作動器一端安裝于所述沉陷坑的底面上，其另一端連接所述加載板；所述密封管道埋設于所述基坑內；所述真空泵通過真空管與所述密封管道連通。本發明可考慮管溝尺寸效應、管溝內外土體相對剛度及管內氣壓對埋地足尺管道受力性能和變形響應的影響，為埋地管道的設計及施工提供關鍵的技術指標。

技術領域

本發明涉及管道工程技術領域，特別是涉及一種埋地管道足尺原位試驗結構及其試驗方法。

背景技術

地下管線作為“城市的生命線”年久失修、破損頻繁，引發了燃氣爆炸、城市火災、路面塌陷等安全事故和地下水滲漏、河道污染等環保問題。為了減小城市地下管線引發的安全事故，需在設計階段和施工階段對管道的極限狀態設計參數和施工關鍵技術指標進行準確的選取，而管道極限狀態的確定主要取決于地層錯動作用下管道位移和內力值的測定，這是因為較大的地面相對位移不可恢復，在小范圍內造成的管道損壞率往往較高，而地震波引起管周土體的軟化，管道可通過更大的適應性變形來減小地震波的影響。因此，對管道受地層錯動作用時的位移和內力響應進行分析是管道的抗震設計必不可少的環節。

在埋地管道工程建設前，往往沒有布置監測儀器，導致埋地管道變形和內力現場實測數據的缺失，因此對埋地管道的變形數據的獲取主要依靠實驗手段。目前，常用的埋地管道試驗手段有室內模型箱試驗、離心機試驗和振動臺試驗，其中振動臺試驗聚焦于地震激勵作用對管道的影響，但震害實例表明，地層錯動是埋地管道失效的最主要原因，且以上手段均無法考慮管溝尺寸和管溝內外回填土參數對管道變形的影響，而在實際工程中管溝的設計對管道安全至關重要；再者，已有試驗的方法往往忽略管土耦合作用下管內氣壓對管道性能的影響，導致管道接口滲漏位移限值的高估和管道密封性能評價的偏差，不利于有壓管網的設計及施工。因此，亟需一種滿足現有要求的試驗結構和試驗方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種埋地管道足尺原位試驗結構及其試驗方法，其結構簡單緊湊，可考慮管溝尺寸效應、管溝內外土體相對剛度及管內氣壓對埋地足尺管道受力性能和變形響應的影響，為埋地管道的設計及施工提供關鍵的技術指標。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種埋地管道足尺原位試驗結構，包括基坑、沉陷坑、垂向加載作動器、密封管道和真空泵，所述基坑內填充有土體；所述沉陷坑開設于所述基坑的底面一側；所述沉陷坑的頂面設置有加載板；所述垂向加載作動器一端安裝于所述沉陷坑的底面上，其另一端連接所述加載板；所述密封管道埋設于所述基坑內；所述真空泵通過真空管與所述密封管道連通。

優選地，所述基坑的剖面為梯形結構。

優選地，所述沉陷坑的內壁上設置有泡沫塊。

優選地，所述垂向加載作動器包括自上而下設置的帶有連接盤的端部球鉸、負荷傳感器、帶有內置式位移傳感器的作動器本體和連接法蘭盤。

優選地，所述密封管道的兩端設置有密封法蘭板。

優選地，所述密封法蘭板與密封管道的連接處設置有密封圈。

優選地，所述土體內埋設有土壓力盒、應變片和分布式光纖，所述應變片和分布式光纖貼設于所述密封管道的外壁上。

優選地，還包括數據采集單元，所述數據采集單元與所述垂向加載作動器、土壓力盒、應變片和分布式光纖電連接。

優選地，還包括用于監測土體高度的監測單元，所述監測單元包括反射棱鏡和用于捕捉反射棱鏡移動的全站儀，所述反射棱鏡設置于所述土體的頂面上。

為了解決上述技術問題，本發明公開一種埋地管道足尺原位試驗方法，包括以下步驟：

S1、選址挖設試驗基坑和沉陷坑，安裝垂向加載作動器和加載板；