[发明专利]一种测量管道侧向土抗力的试验装置

说明书

所属技术领域

本发明属于海底管道测试技术领域，涉及一种是一种管道-土壤相互作用试验装置。

背景技术

近年来，海洋油气工程逐渐向深海发展。海底管道的正常工作是深海油气开发的重要保障，而深海海底管道一般裸置于海床表面或部分埋置。在管内高温高压作用下，裸置在海床表面的管道会发生侧向屈曲，过大的侧向移动会导致局部应力超过屈服极限，从而导致管道结构发生破坏，造成重大工程事故。

目前，在海底管道侧向屈曲的理论研究和数值模拟中，管道受到的土壤抗力采用库伦摩擦模型。此方法在海底管道的概念设计阶段可行，但是，如果在详细设计阶段仍然采用库伦摩擦模型就不能准确预估海底管道的侧向屈曲。因此，进行海底管道侧向土抗力试验研究，更加准确的模拟管道在侧向移动过程中受到的土抗力对于海底管道整体屈曲的预报非常的关键。

基于此，唐友刚提出了一种海底管道侧向往复移动载荷试验装置[201410438850.X]。该装置可以测量裸置管道在砂土表面往复运动过程中受到的土壤作用力。但是该装置尚存在以下问题：(1)该装置中的试验管道在侧向移动过程中无法自由升降，因为该专利中采用轴承座实现试验管道的升降，但是轴承座的轴向摩擦比较大，对试验管道的升降产生较大影响；(2)该装置无法调节试验管道的重量，使用一根试验管道只能够模拟一种情况；(3)该装置无法测量试验管道在侧向移动过程中的垂向位移；(4)该装置的测力系统不具有重复性，当更换一次试验管道，就要重新粘贴应变片，操作比较复杂。针对以上问题，本发明专利在专利[201410438850.X]的基础上提出了一种测量管道侧向土抗力的试验装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种测量管道侧向土抗力的试验装置，用于测量试验管道在侧向移动过程中受到的土壤抗力。本装置能够防止试验管道滚动、允许试验管道自由升降，且本装置可以调节管道重量，能够正确模拟真实海底管道的侧向运动状态，测量的土壤抗力更加接近海底管道在真实状态下的受力。本发明的方案如下：

一种测量管道侧向土抗力的试验装置，包括：土槽(1)，两条水平直线导轨(2)，水平小车(3)，竖向直线导轨(4)，两个竖直杆(9)，测力系统，测位移系统，调节管道重量系统，动力系统几个部分，其中，

沿着土槽(1)长度方向放置有两条相互平行的水平直线导轨(2)，土槽(1)内预置一定深度的土体，在土体表面铺设有试验管道(11)，试验管道(11)直接放置在土体表面(12)或者嵌入到土体中一定深度；

在两条水平直线导轨(2)上分别设置有滑块(14)，水平小车(3)固定在滑块(14)上，可以通过滑块(14)沿着土槽上的水平直线导轨(2)往复运动；

在水平小车(3)上固定有两条竖向直线导轨(4)，两条竖向直线导轨(4)的间距大于试验管道(11)的长度，在每条竖向直线导轨(4)上各布置有两个滑块(20)，4个滑块(20)相互固定连接；

所述的测力系统包括四个拉压力传感器(10)，在竖向直线导轨(4)的每个滑块(20)处布置一个拉压力传感器(10)，拉压力传感器(10)的一端与竖直杆(9)固定连接，另一端与相应的竖向直线导轨上的一个滑块(20)固定连接；

所述的测位移系统用于测量用于测量水平小车(3)的水平位移及试验管道(11)的垂向位移；

所述的调节管道重量系统包括定滑轮(8)、牵引绳(19)和配重(16)，定滑轮(8)固定在水平小车(3)上，牵引绳(19)的一端与试验管道(11)连接，另一端与配重(16)连接；通过改变配重(16)的重量，调节试验管道(11)对土体的压力，以模拟相同直径、不同壁厚的试验管道(11)。

两个竖直杆(9)的底端分别与试验管道(11)的两端固定连接。

作为优选实施方式，所述的测位移系统包括两个直线位移传感器(6)，一个直线位移传感器(6)固定在土槽(1)一端，其测量端口与水平小车(3)连接，用于测量水平小车(3)的水平位移；另一个直线位移传感器(6)布置在水平小车(3)上，其测量端口与试验管道(11)连接，用于测量试验管道(11)的垂向位移。

所述的动力系统包括分别布置在土槽(1)两端的两套电动机和滚筒(7)，电动机用于驱动滚筒转动，在滚筒(7)上缠绕有绳索(5)，绳索(5)的一端固定在滚筒(7)上，另一端固定在水平小车(3)上，通过水平小车(3)带动试验管道(11)水平运动；试验管道(11)受到的水平方向的合力与四个拉压力传感器(10)收到的合力相等。

本发明的有益效果如下：