[发明专利]一种带有液压吸力筒基础的原位管土作用测试系统及其测试方法

权利要求书

1.一种带有液压吸力筒基础的原位管土作用测试系统，其特征在于：包括框架结构、机械加载机构和测试管段，

其中，框架结构由上层板、中层架、下层墩和液压吸力筒构成，上层板与中层架、中层架与下层墩之间通过钢制管连接，液压吸力筒分别设置于两座下层墩的下方；

其中，机械加载机构包括顶部导轨、底部导轨、竖向加载液压缸、传力板、丝杠和伺服电机，所述顶部导轨设置于中层架的下方，所述底部导轨设置于两座下层墩之间，在底部导轨上设置有传力板，在底部导轨之间与之平行的设置有丝杠，丝杠的一端与伺服电机相连，所述传力板的底部与丝杠上的丝杠螺母相连，所述竖向加载液压缸竖直设置于顶部导轨与底部导轨之间，上端与顶部导轨相连，下端贯穿传力板，底部与测试管段相连，所述竖向加载液压缸的上部设置有拉压力传感器，在所述伺服电机与丝杠的连接处设置有扭矩传感器。

2.根据权利要求1所述的一种带有液压吸力筒基础的原位管土作用测试系统，其特征在于：测试管段的上方设置有顶端孔压传感器，两侧对称的设置有侧面孔压传感器。

3.根据权利要求1所述的一种带有液压吸力筒基础的原位管土作用测试系统，其特征在于：所述框架结构外形呈金字塔状，上层板和中层架均呈长方形，上层板的面积小于中层架。

4.根据权利要求1所述的一种带有液压吸力筒基础的原位管土作用测试系统，其特征在于：所述框架结构由高强度合金钢制成，连接部分采用焊接或铰接。

5.根据权利要求1所述的一种带有液压吸力筒基础的原位管土作用测试系统，其特征在于：所述上层板的中部设置有起吊孔。

6.根据权利要求1所述的一种带有液压吸力筒基础的原位管土作用测试系统，其特征在于：所述液压吸力筒分为两排分别设置于两座下层墩的下方，每排的数量为4-6组，液压吸力筒上设置有液压缸，以实现整体框架的调平、测试过程中内外荷载的平衡以及测试结束后的去吸力拔出作业。

7.根据权利要求1所述的一种带有液压吸力筒基础的原位管土作用测试系统，其特征在于：所述的测试管段截取自原型管线，长度为0.8-1.2m，测试管段进行全密封处理，其顶部与竖向加载液压缸相连。

8.根据权利要求1所述的一种带有液压吸力筒基础的原位管土作用测试系统，其特征在于：所述拉压力传感器、扭矩传感器和孔压传感器，分别用于测定水平和竖向荷载以及管周土体孔隙水压力变化。

9.一种带有液压吸力筒基础的原位管土作用测试系统的测试方法，利用测试系统进行测试时按照下列步骤进行：

采用起吊装置缓缓下放，在接近海床时启动液压吸力筒基础进行自平衡，待测试系统稳定后进行下述原位测试：

(1)管道贯入阻力测试：控制竖向加载液压缸进行定速加载，压力信号通过所述拉压力传感器采集，将采集的压力与位移绘制在同一坐标系中即可得到管道的贯入阻力曲线；

(2)管道自沉深度测试：控制竖向加载液压缸进行定荷加载，待管道稳定不再下沉后，记录液压缸行程，即管道的自沉深度；

(3)管道侧向土抗力测试：控制竖向加载液压缸进行定荷加载，待管道稳定不再下沉后，控制伺服电机进行定速加载，同时通过扭矩传感器采集水平运动时的扭矩，通过所述顶端孔压传感器和侧面孔压传感器采集运动过程中的孔隙压力，经转换后可得到水平向土抗力曲线；

(4)管道承载力包络线测试：控制竖向加载液压缸进行定速加载，待管道贯入预定深度后，锁定所述竖向液压缸，控制所述伺服电机进行定速加载，同时通过扭矩传感器采集水平运动时的扭矩，通过拉压力传感器采集压力，经转换后可得管道的承载力包络线。

测试结束后，控制竖向加载液压缸上抬测试管道以离开海床表面，随后控制所述液压吸力筒基础进行去吸力上拔，同时通过起吊装置缓缓吊起测试系统，直到整体离开海床，完成测试。