[发明专利]埋地输气管道地震液化区上浮反应模拟试验装置及方法

说明书

本发明提供了一套以实验环道为主的埋地输气管道地震液化区上浮反应模拟试验装置，用于测试管道在地震液化环境中的受力、上浮位移和应力变化情况，同时提供一种模拟试验的方法。本发明能用于地震液化环境中多种不同管径/材质/钢级/壁厚的埋地管道在不同介质温度/内压/气体流速/安装温度/环境温度/埋深/土质/液化土长度下上浮反应试验、砂土液化与震动加速度的关系试验和砂土液化过程中超空隙水压力的变化试验，并提供一套全新的震动装置和超孔隙水压力监测装置，确保液化区埋地管道的安全运行，掌握相应环境下埋地管道的受力、应变和位移情况，一体化程度高。

技术领域

本发明涉及一种多功能地震液化环境下埋地管道上浮反应的试验装置及方法，用于模拟多种规格、工况和施工条件下的埋地管道在地震液化环境中的受力和应变变化情况。

背景技术

我国地理位置处于环太平洋地震带和欧亚地震带之间，地震区域广，地震强度大，发震频率高。部分天然气管线难免会穿越高地震烈度区，将受到地震灾害的威胁。砂土液化是强震区危害管道的主要现象之一，常发生在地下水位高的松散砂质沉积地层内。位于液化区的埋地天然气管道会出现上浮现象，严重时输气管道因发生的弯曲变形较大而失效。

尽管国内、外学者已运用理论分析法和软件模拟法，对液化区埋地管道上浮反应进行了较多研究，但是对于液化区埋地管道上浮的动态过程、管道上浮与砂土液化程度的关系、液化环境内管道的受力等还没有形成统一认识，而且，理论分析法和软件模拟法所得结论尚需试验的验证。目前，国内外没有可以同时测试地震作用下砂土的性质与埋地天然气管道上浮反应中受力、上浮位移和应变变化情况的装置及方法。

发明内容

针对国内外缺少地震液化埋地管道上浮反应的试验装置，本发明的目的在于提供一套大规模的多功能地震液化环境下埋地管道动态上浮反应的试验装置，用于测试地震液化环境中多种不同管径/材质/钢级/壁厚的埋地管道在不同介质温度/内压/气体流速/安装温度/环境温度/埋深/土质/液化土长度下上浮反应中的受力和应变变化情况，同时提供一种模拟试验的方法。目前在全国范围内，还没有建立能实现以上功能的试验装置。为了达到上述目的，本发明采用了如下的试验方法：一种地震液化区管道上浮反应模拟试验方法，其包括以下步骤：

a、制作饱和土：调整实验箱内固定挡板的位置，将试验箱内加上砂土，用泵从水储罐往试验箱内缓缓加水至两挡板之间的砂土饱和；

b、调节试验箱内温度到试验所需的管道安装温度，并静止6个小时以上；

c、安装试验区管道；

d、调节试验箱内温度到试验所需的环境温度，并静止6个小时以上；

e、从试验气储存系统往实验环道通入实验气体，并使气体通过增压系统进行增压，使其达到试验所需的压力值；

f、对上述气体通过温度控制系统进行调温，使其达到试验所需的温度值；

g、对上述气体通过气体流量分配系统进行流量分配，使其按实验要求分给9条支管；

h、开启激动装置，上述气体进入试验箱内管段，分别进行相应条件下的试验；

i、将模拟试验后的气体经过气体流量汇集系统进行汇集并调压；

j、上述气体在与试验气储存系统中的气体储气筒进行压力互补后重复进行步骤e-i；

k、试验结束后气体进行放空处理。

为了进行上述试验，本发明还采用了以下一种地震液化区管道上浮反应模拟试验装置，其主要包括：