[發明專利]一種埋地管狀結構非均勻土反力等效模擬裝置

在審

• 申請號: 202211206322.2
• 申請日: 2022-09-30
• 公開（公告）號: CN116499901A
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 李振眠;余楊;余建星;馬建東;張志煒;王向陽
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N3/02
• 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

本發明涉及一種埋地管狀結構非均勻土反力等效模擬裝置，包括由多個截面模塊(1)組成的截面模塊組(5)、試驗件(2)、固定架和底座軌道(4)；所述的截面模塊(1)，包括零剛度復合彈簧(6)和截面框架(7)；截面框架(7)固定連接于底座軌道(4)上；零剛度復合彈簧(6)分布在截面框架(7)的內側并與截面框架(7)固定連接；由多個截面模塊(1)組成的截面模塊組(5)，用來模擬土體性質相同的區域；當結構長度方向上分布非均勻的土體時，通過設置不同的截面模塊組(5)模擬非均勻土反力；所述的試驗件(2)包括至少一個結構模型(19)，各結構模型(19)軸向連接后形成試驗件(2)。

技術領域

本發明屬于地下結構-土體相互作用試驗技術領域，具體是一種埋地管狀結構非均勻土反力等效模擬裝置。

背景技術

埋地管狀結構是生產生活中最常用的工程結構之一，例如油氣管道、地下隧道和埋地電纜等。在埋地管狀結構設計、建造和運營階段，需要重點考慮其與土體相互作用。特別地，埋地管狀結構常常是延長型、大跨度結構，其長度方向上土體并不均勻，地下結構-土體相互作用不再保持一致性。目前，地下結構-土相互作用試驗主要在現場土場地和人工土場地中開展，如中國專利申請2021103045131、202123083348.6和2020113208802等?，F場土場地試驗能得到地下結構-土體相互作用的真實數據，工程上常認為是一種能夠提供較為可靠結果的試驗方法。但是，原址土場地試驗往往需要在建造階段就布置好相關傳感器，后期測量作業容易破壞埋地管狀結構的現場狀態，現場測量難度較大，試驗人力和物力等成本較高。人工土場地試驗有效克服了原址土場地試驗的困難和缺點，而且能夠在實驗室環境下實現多種載荷工況的模擬，在工程測試和科學研究廣泛應用。人工土場地試驗需要采用離心機等設備、經歷固結試驗等步驟制備試驗土體，試驗工作量較大，試驗流程復雜且周期較長。中國專利申請202011382075.8中公開了一種模擬管道穿越走滑斷層的試驗裝置及確定方法，在管道兩側布置承壓件并通過柔性帶卷繞的形式連接管道的外周壁，用于穿越不同斷層位移的管道受力情況和管土相互作用研究。該專利能夠避免試驗土體制備等復雜流程，但其試驗模型和理論模型的加載方式存在差異，而且僅能模擬斷層位移下單方向的管土相互作用。因此，針對現有技術中存在的問題，亟需提供一種理論嚴謹、結構簡單、操作簡便的埋地管狀結構非均勻土反力等效模擬裝置及模擬方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種埋地管狀結構非均勻土反力等效模擬裝置，其可以模擬埋地管狀結構周圍土體對其截面的作用力，同時可以開展考慮非均勻土反力作用的埋地管狀結構模型試驗研究。技術方案如下：

一種埋地管狀結構非均勻土反力等效模擬裝置，包括，由多個截面模塊1組成的截面模塊組5、試驗件2、固定架和底座軌道4，其中：

零剛度復合彈簧6包括金屬螺旋彈簧10、橡膠11、彈簧頂端蓋12、彈簧固定螺絲桿13、彈簧底端蓋14、底部螺絲桿15、接觸板16和位移-軸力傳感器18；金屬螺旋彈簧10嵌于橡膠11中；橡膠11頂部與彈簧頂端蓋12連接，底部與彈簧底端蓋14連接，沿零剛度復合彈簧6軸向設置有位移-軸力傳感器18；零剛度復合彈簧6的彈簧頂端蓋12通過彈簧固定螺絲桿13連接到截面框架7內側；接觸板16通過底部螺絲桿15連接到彈簧底端蓋14；

所述的截面模塊1，包括零剛度復合彈簧6和截面框架7；截面框架7固定連接于底座軌道4上；零剛度復合彈簧6分布在截面框架7的內側并與截面框架7固定連接；

由多個截面模塊1組成的截面模塊組5，用來模擬土體性質相同的區域；當結構長度方向上分布非均勻的土體時，通過設置不同的截面模塊組5模擬非均勻土反力；

所述的試驗件2包括至少一個結構模型19，各結構模型19軸向連接后形成試驗件2，試驗件2通過固定架固定在底座軌道4上。

進一步的，根據試驗件的尺寸，通過調節彈簧固定螺絲桿13和底部螺絲桿15的進給量，改變截面模塊1零剛度復合彈簧6圍成的區域大小。