[发明专利]冻土区腐蚀管道安全性研究及地基塌陷的模拟试验装置

说明书

本申请公开了冻土区腐蚀管道安全性研究及地基塌陷的模拟试验装置。该模拟试验装置包括震动台、冻融循环箱、模拟降雨装置、锈蚀管道、温度控制器、湿度传感器、位移传感器、流量传感器、应变采集仪、第一压力传感器和液氮冻结器。本技术方案中，通过将冻融循环箱与震动台结合，可以较真实模拟冻土地区的冻融状态下腐蚀管道安全性能和地震影响时受力状态，同时可以模拟冻土地区受地震影响时可能发生的地基塌陷过程。

技术领域

本申请涉及土工试验设备的技术领域，尤其涉及冻土区腐蚀管道安全性研究及地基塌陷的模拟试验装置。

背景技术

随着天然气石油资源的不断开采，在油气田的开发、生产、运输中，输油管道起着决定性的作用，故而被称之为“生命线工程”，直埋管道的使用也越来越多。随着石油的勘探和开发工作不断地深入，油田逐步进入中后期，输油量不断增加，管道不可避免的发生腐蚀破坏。特别是腐蚀管道穿越冻土地区时，土体的冻胀和融沉对管道产生的影响较大。当管道在冻土区发生腐蚀破坏时，管道壁变薄或局部变薄，这样会使得管道在受外力作用时，抵抗变形的能力大大减弱，如果不能有效评估腐蚀管道的安全性，及时更换或维修，可能会引起管道整体破坏或者造成原油泄漏事故。同时，考虑到我国地震带主要分布在东北及西北部地区，地震时有发生，如青海玉树等，地震会对管道造成很大的破坏，因此研究冻土地区地震对腐蚀管道的影响及管道的抗震性能就显得尤为重要。

对于同时受到冻胀、融沉、地震影响的腐蚀管道，目前的模型试验装置还不能兼顾三者共同作用造成的影响，管道腐蚀深度，腐蚀长度等参数对冻土地区埋地管道力学性能以及抗震性能的影响缺乏行之有效的监测手段。

发明内容

有鉴于此，本申请提供冻土区腐蚀管道安全性研究及地基塌陷的模拟试验装置，能够较真实和直观的模拟地震作用下地基的塌陷。

本申请提供一种冻土区腐蚀管道安全性研究及地基塌陷过程的模拟试验装置，其特征在于，包括震动台、冻融循环箱、模拟降雨装置、锈蚀管道、温度传感器、湿度传感器、位移传感器、流量传感器、应变采集仪、第一压力传感器和液氮冻结器；

所述液氮冻结器的液氮输出端通入所述内箱体的内腔，所述内箱体的底板通过弹簧与震动台四角连接，内箱体底板穿设有用于控制内箱体砂子流出速度的流量传感器，所述流量传感器的下方装有用以监测砂子重量以量化塌陷速率的第一压力传感器；位于所述内箱体的内腔的模拟土体内放置有电阻丝加热片，内箱体的底部填充有含有分层布置的砂土与染色后彩砂，其上铺设不透水层，高度不超过内箱体侧壁下部开孔高度；

所述锈蚀管道置于不透水层上方，并在其四周置有用于测量由冻胀引起的土压力变化的所述称重传感器，所述应变采集仪用于监测锈蚀管道的管道应变，所述位移传感器用以监测锈蚀管道由震动引起的位移；所述温度传感器用以监测模拟土体的温度；所述湿度传感器用以监测模拟土体的湿度；

所述模拟降雨装置用于对内箱体进行模拟降雨。

可选地，所述内箱体材质为高强度透明帕姆pasmo板。

可选地，所述模拟降雨装置包括用以储水的水箱和与所述水箱连通的蓬头。

可选地于，所述液氮冻结器包括供液管、冻结管和出气管，所述供液管在冻结管内长度大于出气管在冻结管内长度，液氮通过供液管进入冻结管后在其内蒸发，带走冻结管周围土层中大量热量，使得模拟土体急速冻结。

可选地，所述控制面板包括依次电连接的温度控制器、微型计算机和触摸显示屏。

可选地，所述流量传感器连接所述微型计算机。

可选地，所述压力传感器连接所述微型计算机。

可选地，所述称重传感器为BPMS薄膜。

可选地，所述温度传感器与湿度传感器置于模拟砂土的中部位置。