[发明专利]一种测量埋设海底管线运动过程中土体抗力的试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种土体抗力的试验装置。特别是涉及一种测量埋设海底管线运动过程中土体抗力的试验装置。

背景技术

深水海洋资源是未来油气资源的主要增长点。海底管线由于运输量大、迅速、连续、经济、平稳、安全、可靠以及占地少、投资少、费用低等特点，已成为石油、天然气等流体输送的最重要方式。

为了满足生产工艺的要求，海底油气管线内部通常具有较高的输送压力和温度，随着工作水深的增加及管线长度的增长，管线内部的输送压力和温度也随之增长。海底管线在较大的内外温差和压差作用下，由于受到地基土体的约束作用，无法自由变形，在管线内部产生并逐渐积累极大的附加应力，可能使管线发生竖向或水平向的整体屈曲，严重影响海底管线的安全运行与使用。当管线内的温度高于环境温度时，首先发生轴向膨胀，在周围土体轴向阻力的影响下，管线轴向变形受限，产生轴向压应力；随着压力的不断累积，当土体对管线阻力不足以阻止管线发生屈曲时，管线就会向土体约束力较小方向产生变形。对于埋设较深的管线，由于土体竖直向抗力小于水平向土抗力，管线发生竖向屈曲；对于埋设较浅或不埋的管线，极易发生水平向屈曲。由此可见准确评估土体对管线各个方向运动的阻力是判断管线是否发生整体屈曲及确定管线整体屈曲形态的最重要的依据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够测量具有一定埋深的海底管线沿竖直向、水平向和轴向运动时所受土体阻力的测量埋设海底管线运动过程中土体抗力的试验装置。

本发明所采用的技术方案是：一种测量埋设海底管线运动过程中土体抗力的试验装置，有用于装泥沙的试验槽，还包括有贯穿所述试验槽并能够沿轴向、水平向和竖直向运动的试验管线，一侧与试验管线的位于试验槽体外侧的两个端部相连接、另一端通过钢丝绳连接驱动装置的加荷架，所述的试验管线的两个端部分别设置有电阻式位移百分表，所述的电阻式位移百分表通过电缆连接动态数据采集仪器的输入端，所述的动态数据采集仪器的输出端连接计算机，所述的连接在加荷架与所述的驱动装置之间的钢丝绳上还设置有与所述的动态数据采集仪器的输入端相连的拉压力传感器。

所述的驱动装置包括有减速箱和与减速箱相连的变频电动机，所述减速箱的驱动端通过钢丝绳连接加荷架。

所述的试验槽的前侧板的中间部分采用透明的有机玻璃板构成，在有机玻璃板上开有用于试验管线在试验槽内沿轴向、水平向和竖直向运动的L型孔道，在试验槽的后侧板上与所述的有机玻璃板上所开的L型孔道相对应位置处也开有L型孔道。

所述的试验槽内位于所述的前侧板和后侧板上的L型孔道部位紧贴所述L型孔道设置有用于遮挡L型孔道防止泥沙从所述的L型孔道流出的透明的有机玻璃挡板，所述该有机玻璃挡板上开有用于贯穿试验管线的通孔。

所述的加荷架包括有主架体和对称的位于主架体同一侧两端的两个连杆，所述两个连杆的端部均设置有用于套在试验管线的两个端部的套环，所述主架体远离两个连杆的那一侧通过钢丝绳连接驱动装置。

本发明的测量埋设海底管线运动过程中土体抗力的试验装置，由试验槽、传动施力系统和测量系统三部分组成。试验槽主体采用A级PVC板具有优良的抗拉和抗弯性能，加工方便，耐腐蚀，抗老化，性价比高等诸多优点，保证了试验槽在搬运和试验过程中不出问题。有机玻璃板可以方便观察土体在试验过程中的运动和变化规律，拍摄记录相关影像资料。L型孔道设计不仅可以消除管线运动的端部效应而且可使三个方向的运动和测量成为可能。插槽抽拉式挡板设计可有效防止试验过程中泥沙外泄。变频电动机与减速箱的有机组合，可准确控制运动速率，减少偶然因素对试验的影响。压力传感器、位移传感器和动态数据采集仪的应用，可以完整精确的记录试验过程和所需的试验数据，了解土体抗力的变化趋势。将砂子用墨汁染成黑色，在试验槽有机玻璃板一侧按一定厚度间隔均匀布置上若干道黒砂，作为观察土体随管线运动时的标记线，方便观察土体的运动情况。

附图说明

图1是本发明测量埋设海底管线运动过程中土体抗力的试验装置的整体结构示意图；

图2是本发明中试验槽结构示意图；

图3是本发明中加荷架结构示意图；

图4是试验管线水平向和竖直向运动时本发明试验装置示意图；

图5是试验管线轴向运动时本发明试验装置示意图；

图6是不同管径的水平向砂土抗力与试验管线位移的关系曲线；

图7是不同管径的竖直向砂土抗力与试验管线位移的关系曲线；

图8是不同管径的轴向砂土抗力与试验管线位移的关系曲线。