埋地管道破坏情况下对邻近管道造成影响的物理模型试验装置的制作方法

本发明涉及一种管道运输行业中的模拟试验装置，具体的说是一种模拟埋地管道破坏引发土体形变而导致邻近埋地管道破坏的试验装置。

背景技术：

管道在运输油气、自来水以及排污等方面扮演着重要角色，在现代生产和人民生活中起着重要作用，已经成为流体、气体输送的首要方式。现阶段我国大部分城市进入高速发展，埋地管线因其稳定、高效、不占用地面空间等优点而得到广泛应用，堪称城市的生命线。埋地管线存在年限，长久使用会出现磨损、破坏等现象，取出腐旧埋地管线需要耗费大量人力、财力以及时间，所以通常不取出腐旧管道。腐旧管道抗压、强度等各项性能均在下降，当作用于腐旧管道的土压力超过腐旧管道的允许值，腐旧管道就会出现较大的变形或破坏。腐旧管道的变形和破坏势必会造成土体发生一定位移，产生应力，导致邻近的新管道受到一定影响。在国外，开展大尺寸管土相互作用模型实验的高校和研究机构有美国的犹他州立大学、俄亥俄大学、麻省理工大学、路易斯安娜理工大学和加拿大的女王大学皇家军事学院岩土研究中心等。国内在管-土土箱实验系统原理方面的研究较少，对管土相互作用研究手段主要依靠数值模拟，数值模拟的结果通过模型试验的支撑会更具说服力，但国内目前并没有试验装置能模拟管道破坏对邻近管道产生的影响。

技术实现要素：

为了克服已有管土相互作用依靠数值模拟存在的准确性较差的不足,本发明提供了一种准确性较好的埋地管道破坏情况下对邻近管道造成影响的物理模型试验装置，利用这种装置，可模拟两根相邻埋地管道相对位置、不同直径、破裂口形状，测量分析管道的应变、变形特征和破坏过程，为埋地管道破坏成因提供试验依据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种埋地管道破坏情况下对邻近管道造成影响的物理模型试验装置，包括装置主体和管道滑动平台；所述装置主体包括用于安装管道滑动平台的矩形开口、用于安装钢化玻璃板的钢化玻璃板槽口和用于安装半截埋地管的半圆形开口，所述矩形开口位于装置主体左右两侧，每侧各有上下设置至少两个矩形开口，所述钢化玻璃板槽口位于装置主体前部，所述半圆形开口位于装置主体底部；所述管道滑动平台包括滑槽、管道支架和套筒，所述滑槽位于矩形开口上下端，所述管道支架可滑动地位于滑槽内，所述套筒内嵌入管道支架所设圆环内，埋地管道的两端分别位于左右套筒内。

进一步，所述管道滑动平台还包括刻度盘，所述刻度盘位于管道支架上方，由等距圆孔构成，所述螺母可通过上端滑槽中间位置的螺孔，插入刻度盘中，固定管道且能控制管道的位置。

再进一步，所述矩形开口上、下端均设有滑槽，下端滑槽设有两个轴承，所述管道支架通过所述轴承在滑槽中滑动。

更进一步，所述半圆形开口位于装置主体前端底角处，半圆截面与钢化玻璃板槽口重合。

所述装置主题还包括加劲肋，所述加劲肋位于装置主体底角。

所述装置主题还包括滑轮，所述滑轮位于装置主体底部的四个角端.

本发明的上述技术方案与现有技术相比，能够模拟埋地管道不同位置、不同直径、不同破坏裂口引发土体位移而产生对邻近管道的影响，并采用piv技术监测土体位移情况，进行埋地管道破坏与相邻埋地管道相互作用的室内试验，通过测量分析管道的应变和破坏过程及土体位移，为埋地管道破坏成因提供试验依据。

本发明的有益效果主要表现在：

(1)该试验装置可应用于管土相互作用框架式模型试验，通过装置底部挡土板的卸除来模拟土体沉陷，引起管土相互作用；

(2)该试验装置结构简单，易于操作，可在深基坑物理模型顶端放置轻质板，在轻质板上叠加适量砝码，以达到试验对荷载的要求；

(3)该试验装置位置控制系统构造简易，在一定程度上可精准控制管道的位置；

(4)该试验装置不但可以模拟埋地管道破坏对邻近管道造成的影响，也可以模拟埋地管道在不同埋深、不同直径情况下所发生的管土相互作用；

(5)该试验装置构件强度高、刚度大，构件偶尔出现破坏的可能性非常小，即便出现破损，也易于修理或更换；

(6)该试验装置可作为岩土工程模型试验的参考对象，成本低，应用前景广阔，经济效益显著。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2是图1的主视图

图3是图1的俯视图

图4是图1的左视图

图5是管道滑动平台结构示意图

图6是装置框架结构图

图7是管道支架俯视图

图中：1—装置主体，2—管道支架，3—螺母，4—套筒，5—半截埋地管道，6—手推杆，7—玻璃板槽口，8—上部埋地管道，9—下部埋地管道，10—加劲肋，11—玻璃板槽口，12—滑轮，13—玻璃板槽口，14—轴承，15—螺孔，16—钢化玻璃板，17、18、19、20—管道滑动平台，21、22—半圆形开口，23—圆形孔洞。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图7，一种埋地管道破坏情况下对邻近管道造成影响的物理模型试验装置，包括装置主体和管道滑动平台；所述装置主体包括矩形开口、钢化玻璃板槽口、加劲肋、半圆形开口、滑轮，所述矩形开口位于装置主体左右两侧，每侧各有上下两个矩形开口，所述钢化玻璃板槽口位于装置主体前部，所述加劲肋位于装置主体底角，起加固装置主体强度的作用，所述半圆形开口位于装置主体前端底角处，半圆截面与钢化玻璃板槽口重合，所述滑轮位于装置主体底部的四个角端；所述管道滑动平台包括滑槽、轴承、管道支架、套筒、刻度盘、螺母，所述滑槽位于矩形开口上下端，所述管道支架位于滑槽内，所述轴承位于下端滑槽，有助于管道支架的滑动，所述套筒内嵌入管道支架所设圆环内，有助于固定埋地管道，所述刻度盘位于管道支架上方，由等距圆孔构成，所述螺母可通过上端滑槽中间位置的螺孔，插入刻度盘中，固定管道，且能控制管道的位置。

所述矩形开口上、下端均设有滑槽，下端滑槽设有两个轴承，有利于管道支架滑动。

所述管道套筒具有不同直径，可固定不同直径管道。

所述半圆开口截面与钢化玻璃板槽口相重合，保证插入半截埋地管道时，截面与玻璃板紧密贴合。

所述钢化玻璃板应采用无色透明玻璃板。

所述下部埋地管道中预留棱形、方形、圆形裂口，上部埋地管道内部安装应变片，监测管道变形。

所述滑槽上、下端距离接近管道支架的高度，保证管道支架只能沿两侧滑动。

所述埋地管道和半截埋地管道中内嵌弧形板，可以遮挡裂口，防止土粒在试验开始之前渗入管道中。

所述半根管道顶部预留棱形、方形、圆形裂口，可分别研究埋地管道产生不同裂口类型时对邻近管道及土体产生的影响。

所述刻度盘由15个相距20mm的圆形孔洞构成，螺母可通过上端滑槽中间位置预留的孔洞，插入刻度盘中，控制管道的位置，且能固定管道。

所述滑轮外胎采用橡胶或者其他摩擦系数比较大的材料制造。

本实施例的模拟埋地管道破坏对邻近埋地管道的影响的试验装置，包括装置主体、管道滑动平台，所述装置主体1底端设有四个滑轮12，以便装置的移动。装置主体1后端设有手推杆6，方便人员推动装置。主体框架1设有管道滑动平台17、18、19、20，管道滑动平台由管道支架2、套筒4、滑槽、轴承14构成。管道支架2可在滑槽中通过轴承14滑动，套筒4固定在管道支架2上，埋地管道固定在套筒4中，通过管道滑动平台实现移动位置。钢化玻璃板16可完美嵌入玻璃板槽口7、11、13中。

将本发明应用于模拟埋地管道破坏引发管土相互作用试验的过程为：

第一部分，前期准备

1、针对研究需求，依据相似原理，以相似材料试验结果为标准，根据拟定的试验装置空间形态配制均匀、含水率恒定的相似材料配制土体。

2、选择两根标准规格的埋地管道和一块规格合适的钢化玻璃板。

选择一块无色、透明的钢化玻璃板16，插入玻璃板槽口7、11、

13。利用电脑控制数码相机，放置试验装置正前方，镜头对准钢

化玻璃板。

第二部分，装置的调节与固定

3、上部埋地管道8通过管道滑动平台17、18调节、固定，下部埋地管道9通过管道滑动平台19、20调节、固定。半截埋地管道5通过半圆形开口21、22固定。下部埋地管道9和半截埋地管道5预留棱形、方形、圆形裂口，内嵌弧形板，遮挡裂口。

4、上部埋地管道8和半截埋地管道5内部植入应变片，形成应变

测量系统。

5、钢化玻璃板16插入玻璃板槽口7、11、13。利用电脑控制数码

相机，放置试验装置正前方，镜头对准钢化玻璃板。

6、将配制好的土体分层填充入装置内，使用夯板夯实土层，尽量避免在夯实的过程中过度干扰埋地管道5、8、9，直至土体表层接近装置顶部。

第三部分，监测管土变化

7、土层表面放置轻质板，轻质板表面放置砝码5kg。

8、利用电脑控制数码相机，选择定时拍摄模式，将频率调节为30s拍摄一次。

9、分别抽离内嵌于下部埋地管道9和半截埋地管道5内部的弧形板。

10、同时每隔1min采集一次应变系统数据。

一、实验结束

11、电脑控制数码相机停止拍摄，停止收集应变系统数据。

12、卸掉砝码和轻质板。

13、卸除土体，处理废弃管道，清理试验装置。

本发明的核心在于管道滑动平台的设计，确保埋地管道的固定和横向移动。管道支架上端设有15个间隔距离均等的圆形孔洞，螺母3可嵌入圆形孔洞，形成调节系统，也能固定管道支架，间接固定埋地管道。综上所述，通过调节系统控制，既能实现确定埋地管道的精确位置，也能固定埋地管道，减小试验过程中存在的误差。