[发明专利]滑坡作用下大尺度埋地输气管道破坏模拟试验装置及方法

说明书

本发明提供了一套滑坡作用下大尺度埋地输气管道破坏模拟试验装置，用于模拟埋地输气管道在滑坡灾害作用下的受力、位移及变形情况，同时提供一种大尺度埋地输气管道破坏模拟试验的方法。本发明能用于模拟不同管道内压/滑坡土性质/管道埋深/环境降雨量条件下的管道滑坡试验，试验装置可监测数据包括管道内压、管道应变、滑坡土对管道推力、滑坡体深部位移、降雨量大小、地下滑坡土孔隙水压力及地下滑坡土土壤含水量的参数。发明完成了一套地下输气管道滑坡灾害模拟试验装置、自动降雨装置和滑坡地下土监测装置，并通过对相关数据的监测，掌握滑坡体发育情况及管道受力特点，分析滑坡对管道的影响规律，为将来管道滑坡监测参数的选择、设备选型、监测点的布设提供依据。

技术领域

本发明设计了一种滑坡作用下埋地输气管道大尺度破坏模拟试验装置，用于模拟不同工况下埋地输气管道在滑坡灾害作用下的受力及变形情况，属于输气管道滑坡灾害防治领域。

背景技术

滑坡是指在一定的自然条件与地质条件下，组成斜坡的部分岩土体在重力等因素的作用下，沿斜坡内部一定的软弱面发生剪切而产生的整体下滑破坏。滑坡是一个非线性系统，是各种复杂因素相互作用形成的复合体，演变具有周期性，通常是一个累进性变形破坏过程。其作为我国山区常见的地质灾害，具有破坏性强、影响范围广、难预防等特点。敷设在山区的天然气管道可能受到滑坡体变形的影响发生弯曲甚至断裂，造成严重的后果。现阶段管道及滑坡灾害单独研究较为全面，将二者结合起来进行研究较少，无法对滑坡体发育情况及管道受力特点，以及滑坡对管道的影响规律进行深入了解。

国内外学者研究管道地质灾害风险，多使用数值模拟法，借助相关软件和经验公式计算管道在承受内部气压和外部滑坡土挤压作用下的应力及变形情况。埋地管道在遭受滑坡灾害时情况较为复杂，单纯依靠数值模拟较难取得可靠结论，所获计算结果无法直接运用于实际施工。

我国滑坡灾害模拟试验装置发展较慢，传统管道滑坡试验装置，只能通过设计简易试验装置来探究滑坡压力或者滑坡振动对于管道的应变影响，监测参数较少，不能满足多种不同工况下的模拟试验要求，无法掌握滑坡各发育阶段位移速率、位移变化量和降雨对滑坡位移的影响。现行试验监测装置容易受到电磁干扰和应变破坏，可靠性和稳定性有待提高。

发明内容

本发明提供了一套滑坡作用下大尺度埋地输气管道破坏模拟试验装置及方法，用于模拟埋地输气管道在滑坡灾害作用下的受力、位移及变形情况。

本发明专利主要解决了以下几个问题：1.设计了一套自动降雨装置，可以利用干管和支管流量计监测降雨量的大小，通过改变水源支管的数量和水源增压的压力控制试验系统自动降雨量的输量。2.设计了试验系统，包含滑坡区、管道区、自动降雨区、装置监测区和滑坡土收集区5个分区，全方位模拟了滑坡灾害对输气管道作用的全过程，并对相关参数进行了监测。3.装置可以模拟不同管道内压、滑坡土性质、管道埋深、环境降雨量条件下的管道滑坡试验，使试验装置更符合管道滑坡模拟试验的需要。4.设计装置试验系统的监测区，可监测数据包括管道内压、管道应变、滑坡土对管道压力、滑坡体深部位移、降雨量大小、地下滑坡土孔隙水压力及地下滑坡土土壤含水量的参数。5.监测区中管道应变、滑坡对管道推力和滑坡深部位移量等监测设备均使用光纤光栅传感技术，该传感技术运行可靠，耐腐蚀，可以满足自动监测的要求。6.装置处理监测区的监测数据，可分析滑坡各发育阶段位移速率、位移变化量和降雨对滑坡位移的影响，以及输气管道在滑坡作用下的应力、应变和位移情况，为数值模拟的计算结果提供相应参考。

为了进行上述试验，本发明采用了以下的一种滑坡作用下大尺度埋地输气管道破坏模拟试验装置，其主要包括：