本发明涉及油气管道灾害防治技术领域，尤其涉及一种油气管道冲击灾害模拟实验平台及应用方法。
背景技术：
油气管道穿越地域广阔，途中涉及的地质类型复杂，尤其是穿越地质条件恶劣、灾害易发区时，其正常运营存在着重大的安全隐患。在典型的几种灾害中，重物冲击灾害是威胁油气管道安全的最严重灾害之一，其中，又以岩土崩塌引起的落石撞击最为常见。岩土崩塌主要是指位于高陡斜坡或悬崖上的岩土体，在地震引起的地震动或者地表破裂地区疏松、多孔、垂直节理发育的岩石在流水侵蚀等的作用下，发生断裂、倾倒、脱离母体，进而以跳跃、翻滚或者自由落体等形式向低凹处跌落的块体运动现象。崩塌对油气管道的主要破坏因素是崩落的巨大石块自高空飞落后产生的冲击荷载，尤其是在高程差较大的地区，巨石下落到油气管道上方的土层上产生强大的瞬时冲击力，可能导致油气管道承受的应力超过其极限承载力，从而引起油气管道失稳变形甚至断裂。因此，从油气管道设计和完整性管理的角度出发，对冲击灾害破坏油气管道进行实验研究是具有现实意义的。
目前，针对冲击灾害破坏油气管道的研究大都停留在现象描述、理论分析和数值模拟方面，而通过搭建大尺度试验平台用以对油气管道遭受冲击灾害的破坏机制、能量特征等的实验研究则鲜有报道。一种油气管道冲击灾害模拟实验平台及应用方法，通过观测不同冲击能量作用下油气管道的形态变化特征，分析不同大小冲击能量条件下油气管道应力、应变的演化特点，可获得油气管道在外部冲击荷载作用下的损伤破坏特征和评价条件，为采取合理的油气管道保护措施提供理论依据。
技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种油气管道冲击灾害模拟实验平台及应用方法，通过观测不同冲击能量作用下油气管道的形态变化特征，分析不同大小冲击能量条件下油气管道应力、应变的演化特点，可获得油气管道在外部冲击荷载作用下的损伤破坏特征和评价条件，为采取合理的油气管道保护措施提供理论依据。
一种油气管道冲击灾害模拟实验平台，包括：
固定系统，包括锚固体、锚杆、底座、后挡板、前挡板、螺栓和滑槽。所述锚固体是用混凝土浇筑并用锚杆进行锚固；所述底座右端固定于锚固体上；所述后挡板和前挡板分别通过螺栓固定于底座上；所述底座上设置有滑槽用于调节固定前挡板的位置。
冲击载荷系统，包括弹射装置壳体、高强度弹簧、重物、制动装置、制动挡板和遥控器。所述弹射装置壳体固定在底座靠近锚固体的一端；所述高强度弹簧安装在弹射装置壳体内；所述重物是圆球状铁块或铅块；所述遥控器可远程遥控制动装置，控制制动挡板的打开与闭锁。
摄像系统，包括支架和高速摄像机。所述支架的四个脚穿过底座固定于地面上；所述高速摄像机悬挂于支架顶部，用于记录重物的运动轨迹以及油气管道宏观变形破坏过程。
数据采集分析系统，包括压力盒、应变片、数据线、数据采集卡和电脑。所述数据采集卡通过数据线与应变片和压力盒相连；所述电脑通过数据线与数据采集卡连接。
优选地，所述重物由高强度弹簧施加初始能量后弹射出去，且可通过改变高强度弹簧供给的初始能量大小来控制重物冲击油气管道的能量大小。
优选地，所述锚固体为长方体，其长×宽×高尺寸为1.0m×3.0m×0.5m，四个角内侧分别用ф25×100mm锚杆进行锚固。
优选地，所述底座为钢板，厚度为20mm，其长×宽尺寸为3.0m×4.0m。
优选地，所述数据采集卡采集应力值和应变值数据并通过数据线传入电脑，所述电脑中安装有配套的记录分析软件。
本发明还提出了一种油气管道冲击灾害模拟实验平台应用方法，应用上述实验平台，其包括如下工作步骤：
a、根据现场油气管道所受冲击能量大小，确定冲击荷载系统中高强度弹簧供给的初始能量；
b、将实验用重物装入冲击荷载系统中弹射装置壳体内，闭锁制动挡板；
c、将压力盒和应变片分别固定于油气管道上，用数据线将数据采集卡分别与压力盒、应变片和电脑连接；
d、根据油气管道的尺寸调节前挡板位置，然后拧紧螺栓固定油气管道；
e、打开高速摄像机，调试所有测试设备，确保安全可靠；
f、实验人员撤离到安全区，确认安全后，通过遥控器启动制动装置，打开制动挡板，将重物弹射在油气管道上；
g、重复步骤a到步骤f，分别记录并分析各组数据，获得油气管道遭受冲击荷载后的破坏规律。
与现有实验装置相比，本发明具有如下优点：
本发明述及的油气管道冲击灾害模拟实验平台，包括固定系统、冲击载荷系统、摄像系统、数据采集分析系统，通过该实验平台中各个系统的密切配合，可观测不同冲击能量作用下油气管道的形态变化特征，分析不同大小冲击能量条件下油气管道应力、应变的演化特点，获得油气管道在外部冲击荷载作用下的损伤破坏特征和评价条件，为采取合理的油气管道保护措施提供理论依据。
附图说明
图1为本发明实施例中实验平台装配图。
图2为本发明实施例中实验平台俯视图。
图3为本发明实施例中实验平台油气管道安装俯视图。
图4为本发明实施例中实验平台油气管道安装后视图。
图5为本发明实施例中实验平台油气管道安装正视图。
图中，1、锚固体，2、锚杆，3、底座，4、后挡板，5、前挡板，6、螺栓，7、滑槽，8、弹射装置壳体，9、高强度弹簧，10、重物，11、制动装置，12、遥控器，13、制动挡板，14、支架，15、高速摄像机，16、压力盒，17、应变片，18、数据线，19、数据采集卡，20、电脑。
具体实施方式
结合图1所示，一种油气管道冲击灾害模拟实验平台及应用方法，包括固定系统、冲击载荷系统、摄像系统、数据采集分析系统，通过观测不同冲击能量作用下油气管道的形态变化特征，分析不同大小冲击能量条件下油气管道应力、应变的演化特点，可获得油气管道在外部冲击荷载作用下的损伤破坏特征和评价条件，为采取合理的油气管道保护措施提供理论依据。
一种油气管道冲击灾害模拟实验平台及应用方法，其特征包括：
固定系统，包括锚固体1、锚杆2、底座3、后挡板4、前挡板5、螺栓6和滑槽7。所述锚固体1是用混凝土浇筑的长方体，其长×宽×高尺寸为1.0m×3.0m×0.5m，四个角内侧分别用ф25×100mm锚杆2进行锚固；所述底座3右端固定于锚固体1上；所述底座为钢板，厚度为20mm，其长×宽尺寸为3.0m×4.0m；所述底座3上设置有滑槽7用于调节固定前挡板5的位置；所述后挡板4和前挡板5分别通过螺栓6固定于底座3上。
冲击载荷系统，包括弹射装置壳体8、高强度弹簧9、重物10、制动装置11、遥控器12和制动挡板13。所述弹射装置壳体8固定在底座3靠近锚固体1的一端；所述高强度弹簧9安装在弹射装置壳体8内；所述重物10是圆球状铁块或铅块；所述重物10由高强度弹簧9施加初始能量后弹射出去，且可通过改变高强度弹簧9供给的初始能量大小来控制重物10冲击油气管道的能量大小；所述遥控器12可远程遥控制动装置11，控制制动挡板13的打开与闭锁。
摄像系统，包括支架14和高速摄像机15。所述支架14的四个脚穿过底座3固定于地面上；所述高速摄像机15悬挂于支架14顶部，用于记录重物10的运动轨迹以及油气管道宏观变形破坏过程。
数据采集分析系统，包括压力盒16、应变片17、数据线18、数据采集卡19和电脑20。所述数据采集卡19通过数据线18分别与压力盒16和应变片17相连；所述电脑20通过数据线18与数据采集卡19连接；所述数据采集卡19采集应力值和应变值数据并通过数据线18传入电脑20，所述电脑20中安装有配套的记录分析软件。
本发明实验步骤如下：：
a、根据现场油气管道所受冲击能量大小，确定冲击荷载系统中高强度弹簧9供给的初始能量；
b、将实验用重物10装入冲击荷载系统中弹射装置壳体8内，闭锁制动挡板13；
c、将压力盒16和应变片17分别固定于油气管道上，用数据线18将数据采集卡19分别与压力盒16、应变片17和电脑20连接；
d、根据油气管道的尺寸调节前挡板5位置，然后拧紧螺栓6固定油气管道；
e、打开高速摄像机15，调试所有测试设备，确保安全可靠；
f、实验人员撤离到安全区，确认安全后，通过遥控器12启动制动装置11，打开制动挡板13，将重物10弹射在油气管道上；
g、重复步骤a到步骤f，分别记录并分析各组数据，获得油气管道遭受冲击荷载后的破坏规律。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替换、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。