自平衡式埋地管道與土體相互作用試驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實用新型涉及埋地管道與土體之間的相互作用試驗?zāi)M裝置
【背景技術(shù)】
[0002]埋地管道作為供水供電供能的重要渠道之一，具有分布范圍廣，運輸距離長的特點，管道不可避免地要穿越地質(zhì)條件復(fù)雜地段，如斷層、滑坡、沉陷區(qū)等。此類不良地質(zhì)的發(fā)展，將引起管土之間的相對位移，管土相互作用也變得劇烈，極有可能引起管道的大變形甚至破壞，威脅到埋地管道正常運行。如今對埋地管道與土體間的相互作用試驗研究并不多見，尤其是針對管土間發(fā)生較大相對位移及埋深較大的情況，研究者更愿意利用數(shù)值模擬的手段對管土相互作用進行參數(shù)研究，不可否認(rèn)，數(shù)值模擬的研究方法具有一定的合理性，然而該方法在方程離散、本構(gòu)關(guān)系、接觸形式等關(guān)鍵問題上都做了相當(dāng)程度的簡化，結(jié)果的準(zhǔn)確性及真實性需在試驗?zāi)Ｐ椭械玫津炞C甚至修正，因此試驗?zāi)M是埋地管道與土體間的相互作用研究工作中必不可少的一環(huán)。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種自平衡式埋地管道與土體相互作用試驗裝置。以考量各種因素對埋地管道與土體相互作用的影響，并觀察管土相互作用中管周土體的變形機制，為管土相互作用的研究工作提供試驗依據(jù)。
[0004]自平衡式埋地管道與土體相互作用試驗裝置，其特征在于:包括管道、管箍、水平反力架及豎向反力架、水平作動器及豎直作動器、箱體、有機玻璃觀察窗口、觀察窗口鋼框架、鋼絞線、豎向加載墊板、水平加載擋板以及傳感器系統(tǒng)；
[0005]1)水平作動器(6)及豎直作動器(3)均安裝在箱體上，與箱體形成一個整體；
[0006]2)箱體正面板開設(shè)有機玻璃觀察窗口( 15)，有機玻璃鑲嵌在觀察窗口鋼框架(14)上；
[0007]3)管道的布置應(yīng)滿足管軸至箱體左、右側(cè)板、底板和豎向加載板的距離均不小于5倍管徑的要求；
[0008]4)管箍(13)上開有螺紋孔用于接入螺絲(21)將管箍(13)固定于管道(12)外表面；
[0009]5)傳感器系統(tǒng)包括薄膜土壓力計、應(yīng)變片、拉線式位移計、力傳感器，薄膜土壓力計及應(yīng)變片均布置在試驗管道(12)外表面，拉線式位移計兩端分別連接于水平加載擋板(7)和箱體(16)，力傳感器安裝在水平作動器(6)和水平加載擋板(7)之間。
[0010]進一步，側(cè)面板外側(cè)焊接擋土插槽(10)，插槽(10)內(nèi)插入擋土木板(11)，擋土木板
[11]上開有大于鋼絞線(8)直徑的圓孔。進一步，在背面板上開有矩形洞口，洞口外側(cè)裝有背面擋土鋼板(19)。進一步，豎向作動器(3)利用螺栓桿(5)及安裝墊板(4)固定于豎直反力架上。進一步，箱體上方四個角落設(shè)有吊環(huán)(18)。
[0011]試驗管道(12)的管徑或管材改變，以研究管徑、管材對管土相互作用的影響。管道
(12)外表面上布置的薄膜土壓力計記錄管土之間發(fā)生相對位移前后的管道周圍的土壓力分布情況，用于研究管周土壓分布規(guī)律。管道(12)與管周土壓力分布數(shù)據(jù)結(jié)合試驗記錄的總荷載值，用于分析不同工況下管土之間摩擦系數(shù)的取值。豎直作動器(3)用以對鋪設(shè)于土體上方的豎向加載墊板(9)進行豎向加載，加載方式采用力加載;水平作動器(6)采用位移加載方式。
[0012]1)水平作動器(6)及豎直作動器(3)均安裝在箱體上，與箱體形成一個整體，試驗中實現(xiàn)自動平衡，無需利用地錨固定，同樣不需要利用實驗室大型荷載架或反力墻，有利于節(jié)省寶貴的實驗室設(shè)備資源；
[0013]2)正面板上開設(shè)有機玻璃觀察窗口(15)，有機玻璃鑲嵌在觀察窗口鋼框架(14)上，透過有機玻璃觀察窗口( 15)可以觀察到管道周圍土體的變形過程，對于埋深較大工況，可以觀察到管土相互作用過程中土拱效應(yīng)的形成，有利于從物理機制的角度去理解管土相互作用過程；
[0014]3)經(jīng)過數(shù)值模擬計算，管道的布置應(yīng)滿足管軸至箱體左、右側(cè)板、底板和豎向加載板的距離均不小于管徑的5倍的要求，以避免邊界效應(yīng)對試驗的影響；
[0015]4)管箍(13)在圓柱面中心附近向內(nèi)凹陷1?2cm(與鋼絞線直徑接近)，呈啞鈴狀，鋼絞線(8)環(huán)繞在凹陷處，在管箍上開有螺紋孔，可接入固定螺絲(21)便于將管箍(13)固定于管道(12)上；
[0016]5)設(shè)有傳感器系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng)包括薄膜土壓力計、應(yīng)變片、拉線式位移計、力傳感器，薄膜土壓力計及應(yīng)變片均安裝在試驗管道(12)上，拉線式位移計連接于水平加載擋板(7)上，力傳感器安裝于水平作動器(6)和水平加載擋板(7)之間。
[0017]6)管道(12)外側(cè)布置薄膜土壓力計，可以記錄管土之間發(fā)生相對位移前后的管道周圍的土壓力分布情況，用于管周土壓分布的研究工作，此外，管周土壓力分布數(shù)據(jù)結(jié)合試驗記錄的總荷載值，可以用作分析不同工況下管土之間摩擦系數(shù)的取值；
[0018]7)利用豎直作動器(3)對鋪設(shè)于土體上方的豎向加載墊板(9)進行加載，可以模擬埋地管道埋深較大的工況，避免了模型箱尺寸過小從而不能討論埋深較大工況的缺陷；
[0019]8)豎向作動器(3)采用水平加載時類似的連接方式，將加載擋板、鋼絞線(8)及管道(12)依次連接，可以用來進行豎直方向的管土相互作用試驗，模擬地面沉陷區(qū)埋地管道的受力變形情況；
[0020]9)為了避免試驗中土體從側(cè)面板豎縫(20)中擠出，在側(cè)面板外側(cè)焊接擋土插槽
(10)，插槽(10)內(nèi)插入擋土木板(11)，擋土木板(11)上開有略大于鋼絞線(8)直徑的圓孔，其中擋土木板(11)在插槽(10)內(nèi)的位置可豎直方向進行調(diào)節(jié)。
[0021]本實用新型的傳力裝置由鋼絞線(8)承擔(dān)，鋼絞線(8)—端連接于水平加載擋板
(7)上，另一端連接于管箍(13)上。本實用新型試驗管道(12)的管徑及管材均可改變，以研究管徑及管材對管土相互作用的影響。
[0022]本實用新型在背面板上開有矩形洞口，洞口外側(cè)裝有背面擋土鋼板(19)，該擋土鋼板可拆卸，方便進行下一組試驗前，將箱體底部不易挖出的殘余土體清除干凈。
[0023]本實用新型試驗管道(12)外側(cè)套有管箍(13)，可以避免管道受力過于集中。
[0024]本實用新型豎向作動器(3)利用螺栓桿(5)及安裝墊板(4)固定于豎直反力架上
[0025]本實用新型箱體上方四個角落里設(shè)有吊環(huán)(18)，方便試驗裝置的運移，箱體上部直角轉(zhuǎn)折處焊有加勁肋，避免箱體強度不足破壞。
[0026]由于采用本實用新型的技術(shù)方案，本實用新型具備以下功能:裝置本身配有簡單的反力架裝置，作動器直接安裝于模型箱體上，實現(xiàn)整體自平衡，試驗的開展無需借助地錨及大型荷載架或反力墻裝置，有利于節(jié)省寶貴的實驗室設(shè)備資源;利用該裝置可以研究土質(zhì)、