[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

说明书

本发明公开了一种新型的原位管土作用测试系统及其测试方法，相较于传统的室内管土作用试验方法有了巨大的改进和提升；本发明直接截取原型管线一段进行原位测试，最大化的还原了海底管线实际的工作环境，并且借助液压吸力筒联合作业的模式，实现了在不规则海床表面稳定加载的要求；通过竖向和水平向加载系统中不同的加载模式，可以完成竖向贯入阻力、自沉深度、水平向抗力、不同深度下承载力包络线等物理量的测定，测试中拉压力、扭矩以及孔压信号通过传感器采集；本发明测定的值可直接用于该海域海底管线的设计与稳定性评估，也可以用于评价该海域海床表面土体的性质。

技术领域

本发明涉及针对于海底管线的海床表层土体性质测定方法，特别是涉及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，属于海洋工程领域。

背景技术

随着海洋油气资源的勘探与开发逐渐向深海发展，海底管线作为一种重要的油气运输方式，其铺设的长度、覆盖海域的宽度以及跨越复杂地貌的频率逐年增大。深海环境中，海床面可达水下1500米乃至更深，这时浅海海域常用的挖沟铺设以及回填的稳定方法会造成施工难度增大以及成本骤增等问题的加剧，因此深海中往往采用“S”型或“J”型等直铺技术进行铺管作业。在这种情况下管道一般处于浅埋或不埋的状态，在内外温压差的联合作用下管道材料发生热膨胀，轴力增大，当管道侧向膨胀的力大于管周土体的约束力时，管道发生侧向的整体屈曲，致使其侧向移位、变形，乃至屈服破坏，而造成严重的工程事故。因此，为了实现对深海管道侧向屈曲的控制，准确的海床土体性质成为了关键性参数。传统海床土性测定方法有钻孔取样后进行室内试验以及原位CPT 试验等，前者受取样过程的卸荷、挤压以及人为扰动等因素，很难准确测得原状土的性质；而后者所采用探头较小(圆锥探头、T型探头、球型探头)，难以测定海床表面极其松软土体的性质，因此也无法提供海底管线受到的土体约束力的大小。因此，急需一种针对于海底管线稳定性设计的、能够评估海床表层土体性质的测试系统与方法。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种带有液压吸力筒基础的原位管土作用测试系统及其测试方法。

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：

一种带有液压吸力筒基础的原位管土作用测试系统，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，

其中，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。

而且，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。

而且，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。

而且，所述上层板的中部设置有起吊孔。

而且，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。

而且，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。