[发明专利]一种带有土面整平装置的侧向管土作用测试系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于侧向大位移条件下，受循环荷载的模型管段土抗力响应以及管道运动轨迹的测试方法，特别是涉及一种配有土面整平装置的侧向管土作用测试系统，属于海洋工程领域。

背景技术

随着社会的发展，我国对于油气资源的需求将会持续增长。目前，由于陆上油气资源长期、大规模的开发，其勘探和开采难度不断增加，迫使人类逐渐从陆地走向海洋，从浅海走向深海。海底管道因具有运油能力大、铺设工期短、能较好地适应海洋极端环境等工程优越性，已经成为了最经济有效、安全快捷的海上油气运输方法。但随着水深的增加，海底管道总的铺设长度逐渐累加，其作业环境的复杂性也大大提高，因此，维持管道在位稳定性的成本也随之增大。对于远海深水及超深水区域中管线在位稳定性技术的研究具有重要的意义。铺设在深水区海床上的海底管道极易发生水平向整体屈曲，进而引起材料的屈服破坏。地基土对管道的约束作用是维持管道稳定性的重要因素，因此土体对浅埋管线的水平抗力发挥机制是深海管道抗屈曲设计中十分重要的课题。不仅如此，管道在服役过程中，常常因检修或事故而进行数百次开启和关闭的循环。管线在此过程中会受到循环荷载的作用，并在水平方向上发生大位移往复运动，研究显示，屈服时管道往复运动可达5-20倍管径。此外，土面的倾斜角度对表面的稳定性影响很大，土面平整情况的好坏直接影响着管土相互作用模型试验的结果。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种带有土面整平装置的侧向管土作用测试系统与方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种带有土面整平装置的侧向管土作用测试系统，本系统包括试验槽、传力装置、试验管段、平土装置、加载装置和数据采集装置，在试验槽的两侧边沿上设置有水平向导轨；

所述传力装置设置于水平向导轨上，传力装置由推板、固定滑框、滑轮和可升降推板构成，推板横跨于试验槽的水平向导轨之间，在推板上设置固定滑框，可升降推板设置于固定滑框内，可升降推板的下端设置T型支撑板，T型支撑板通过设置于试验管段表面的矩形槽伸入试验管段内并夹持在内轮的两侧(这种新式的管段设计，可以很好的满足管段在竖直方向的自由度，更为真实的模拟了管线的运动轨迹，提升了试验精度)；

所述平土装置设置于推板的两侧，平土装置由两根竖杆、设置于竖杆之间压轮以及刮土板构成，压轮和刮土板通过螺钉与两根竖杆连接固定，二者可分别进行安装或拆卸，如拆卸掉刮土板，只利用压轮进行压土，或者拆卸掉压轮，只利用刮土板进行土面的平整；

所述加载装置包括丝杠支架、丝杠、联轴器、伺服电机减速器和速度控制箱，丝杠支架设置于试验槽与水平向导轨垂直的边沿中心处，在两个丝杠支架之间设置丝杠，丝杠通过设置于推板底部的传动件与推板相连，丝杠的一端连接联轴器，联轴器连接伺服电机减速器，伺服电机减速器连接速度控制箱；

所述数据采集装置包括S型压力传感器、动静态应变采集仪、计算机和摄像头，所述S型压力传感器设置于可升降推板的底部，S型压力传感器与动静态应变采集仪相连，动静态应变采集仪与计算机相连，计算机连接摄像头(数据采集装置可以根据不同的试验要求，记录相关数据，绘制相应曲线，以研究管道的运动轨迹、地基土破坏模式及土抗力的变化规律)。

在上述技术方案中，在所述试验槽两侧设置有钢化玻璃，钢化玻璃为透明并标有刻度，用以观察记录地基土的变形和管道的运动轨迹。

在上述技术方案中，所述试验管段为0.8-1.2m长的薄壁空心管体。

在上述技术方案中，所述在推板底部设置有滑块，使推板可沿水平向导轨进行滑动(推板的横向移动带动，将加载系统传递来的动力转化为水平推力并施加在试验管段，使试验管段在土体上做往复运动)。

在上述技术方案中，所述固定滑框由两个U形柱体构成，U形柱体的开口相对设置，滑轮设置于U形柱体内部，可升降推板设置于滑轮之间，可沿垂直方向进行上下运动。

在上述技术方案中，所述固定滑框的数量为2个，二者沿推板中线相对设置。

在上述技术方案中，所述平土装置的两个竖杆通过调节机构与推板相连接，以使平土装置可进行垂直方向的位置调节。

一种带有土面整平装置的侧向管土作用测试方法，按照下列步骤进行：

步骤一、测定填土的物理力学性质，对于无粘性土，需测定的物理力学指标为土体容重、含水率、密实度及天然坡角；对于粘性土，需测定的物理力学指标为土体容重、含水率、塑限、液限及抗剪强度；