[发明专利]一种跨地震断层埋地管道试验装置

说明书

本发明涉及一种跨地震断层埋地管道试验装置，用于模拟埋地管道在地震断层作用下的变形过程与受力情况，借助本装置对埋地管道施加断层类型的土壤外载荷。其中包括依次排列布置的竖向移动箱体、固定箱体与水平移动箱体，分别组成正(逆)断层与走滑断层试验装置。试验管道沿箱体长度方向布置并贯穿三个箱体。箱体上加装倾角调节蜗轮，通过步进电机带动蜗杆蜗轮机构，实现正、逆断层的转变以及对断层倾角的调节。竖向移动箱体由液压缸举升，水平移动箱体置于限位钢轨上，通过侧面液压缸推动。本发明能够模拟正、逆和走滑三种断层类型，还能够实现对断层倾角的模拟研究，适应性较强。

技术领域

本发明涉及一种石油、天然气领域中跨断层埋地管道实验装置，适用于模拟埋地管道在地震断层作用下的变形过程与受力情况，借助本装置对埋地管道施加断层类型的土壤外载荷，具体是一种管土模型试验装置。

背景技术

管道作为石油、天然气最有效的运输方式之一，具有占地面积小、不影响交通和小型地面作业等特点。油气管道输送距离长，沿线地质环境复杂多变，某些管段可能遭遇地震断层等地质灾害，而由剧烈地质灾害所引起的岩土活动极易造成管道变形和断裂。根据断层两盘相对运动关系，可将其分为正断层、逆断层、走滑(平移)断层等不同类型，不同类型断层对埋地管道的破坏方式具有很大差异。国内外现有的模拟断层下管土相互作用的试验装置主要是针对单一断层进行试验研究，且极少对断层倾角(断层面与上盘顶面之间的夹角)的变化进行研究，具有很大局限性。因此，设计一种适应性更强的断层管土试验装置具有重要意义。

发明内容

本发明的目的：为了克服现有跨地震断层埋地管道试验装置模拟断层类型单一，且极少对断层倾角研究的问题，提供一种适应性更强的多类型断层管土试验的装置。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种跨地震断层埋地管道试验装置，包括竖向移动土箱、固定土箱、水平移动土箱。移动土箱与固定土箱均由方钢管型材焊接主体结构，箱壁由钢板拼成，同时在土箱侧壁焊接加强筋。固定土箱锚固在地面固定支座上，竖向、水平移动土箱分别安装于固定土箱左右两边，沿固定土箱长度方向排成一排，试验管道沿土箱长度方向布置并贯穿三个土箱；通过销轴一将所述竖向移动土箱与倾角调节蜗轮左一联接，通过销轴二将所述固定土箱与倾角调节蜗轮左二联接，通过销轴三将固定土箱、水平移动土箱、倾角调节蜗轮右一、右二、右三、右四铰接在同一旋转轴；倾角调节蜗轮使用卡子与各自土箱固定，并用螺母锁紧；所述竖向移动土箱底部通过铰链与双杆双作用液压缸顶部液压杆联接，液压缸壁焊接支架，缸壁支架上安装限位滚轮一，限位滚轮一下方安装带导槽钢轨支座；水平移动土箱底部装有限位滚轮二，其在限位钢轨上运动，带导槽钢轨支座与限位钢轨均锚固于地面。

竖向与水平移动土箱一侧截面倾角切割为45°，固定土箱两侧截面倾角均切割为45°。

倾角调节蜗轮左一与左二均含两件，使用拉杆一联接后分别安装在竖向移动土箱与固定土箱左侧，并在两蜗轮挡土板导槽中安装挡土板；倾角调节蜗轮右一与右三通过拉杆二联接后安装在固定土箱右侧，并在倾角调节蜗轮右一与拉杆二之间焊接挡土板三；倾角调节蜗轮右二与右四通过拉杆三联接后安装在水平移动土箱上，并在倾角调节蜗轮右二与拉杆三之间焊接挡土板四；倾角调节蜗轮左一与左二沿径向加工有相配合的燕尾槽，拉杆二与拉杆三上加工有相配合的燕尾槽。

4个单独的双杆双作用液压缸上共同实现竖向移动土箱的举升，液压缸壁通过钢条与固定土箱左侧的倾角调节蜗轮左二铰接，与竖向移动土箱底部的铰接孔共同构成平行四边形机构的顶点，使得液压缸偏转角度与断层倾角相等；底部液压杆连接杠杆机构，杠杆支点位于缸壁支架上，杠杆另一端安装橡胶轮，橡胶轮可在带导槽钢轨支座上沿导槽滚动，橡胶轮共两组，两组橡胶轮分别置于带导槽钢轨支座两侧槽内。

动力传动装置包括步进电机、直齿圆锥齿轮、V带轮、V带、蜗杆，步进电机轴上安装直齿圆锥齿轮，带动动力过渡轴旋转，动力过渡轴上安装有V带轮，通过V带将动力传递到蜗杆轴上。