[发明专利]一种油气管道冲击灾害模拟实验平台及应用方法

说明书

本发明公开了一种油气管道冲击灾害模拟实验平台及应用方法。所述油气管道冲击灾害模拟实验平台，包括固定系统、冲击载荷系统、摄像系统、数据采集分析系统。所述固定系统是本发明的承载主体，所述冲击载荷系统为本发明提供冲击能量，所述摄像系统用于记录冲击荷载作用于油气管道的过程，所述数据采集系统用于记录并分析油气管道遭受冲击载荷之后应力应变的变化规律。本发明通过观测不同冲击能量作用下油气管道的形态变化特征，分析不同大小冲击能量条件下油气管道应力、应变的演化特点，可获得油气管道在外部冲击荷载作用下的损伤破坏特征和评价条件，为采取合理的油气管道保护措施提供理论依据。

技术领域

本发明涉及油气管道灾害防治技术领域，尤其涉及一种油气管道冲击灾害模拟实验平台及应用方法。

背景技术

油气管道穿越地域广阔，途中涉及的地质类型复杂，尤其是穿越地质条件恶劣、灾害易发区时，其正常运营存在着重大的安全隐患。在典型的几种灾害中，重物冲击灾害是威胁油气管道安全的最严重灾害之一，其中，又以岩土崩塌引起的落石撞击最为常见。岩土崩塌主要是指位于高陡斜坡或悬崖上的岩土体，在地震引起的地震动或者地表破裂地区疏松、多孔、垂直节理发育的岩石在流水侵蚀等的作用下，发生断裂、倾倒、脱离母体，进而以跳跃、翻滚或者自由落体等形式向低凹处跌落的块体运动现象。崩塌对油气管道的主要破坏因素是崩落的巨大石块自高空飞落后产生的冲击荷载，尤其是在高程差较大的地区，巨石下落到油气管道上方的土层上产生强大的瞬时冲击力，可能导致油气管道承受的应力超过其极限承载力，从而引起油气管道失稳变形甚至断裂。因此，从油气管道设计和完整性管理的角度出发，对冲击灾害破坏油气管道进行实验研究是具有现实意义的。

目前，针对冲击灾害破坏油气管道的研究大都停留在现象描述、理论分析和数值模拟方面，而通过搭建大尺度试验平台用以对油气管道遭受冲击灾害的破坏机制、能量特征等的实验研究则鲜有报道。一种油气管道冲击灾害模拟实验平台及应用方法，通过观测不同冲击能量作用下油气管道的形态变化特征，分析不同大小冲击能量条件下油气管道应力、应变的演化特点，可获得油气管道在外部冲击荷载作用下的损伤破坏特征和评价条件，为采取合理的油气管道保护措施提供理论依据。

发明内容

本发明的目的在于提出一种油气管道冲击灾害模拟实验平台及应用方法，通过观测不同冲击能量作用下油气管道的形态变化特征，分析不同大小冲击能量条件下油气管道应力、应变的演化特点，可获得油气管道在外部冲击荷载作用下的损伤破坏特征和评价条件，为采取合理的油气管道保护措施提供理论依据。

一种油气管道冲击灾害模拟实验平台，包括：

固定系统，包括锚固体、锚杆、底座、后挡板、前挡板、螺栓和滑槽。所述锚固体是用混凝土浇筑并用锚杆进行锚固；所述底座右端固定于锚固体上；所述后挡板和前挡板分别通过螺栓固定于底座上；所述底座上设置有滑槽用于调节固定前挡板的位置。

冲击载荷系统，包括弹射装置壳体、高强度弹簧、重物、制动装置、制动挡板和遥控器。所述弹射装置壳体固定在底座靠近锚固体的一端；所述高强度弹簧安装在弹射装置壳体内；所述重物是圆球状铁块或铅块；所述遥控器可远程遥控制动装置，控制制动挡板的打开与闭锁。

摄像系统，包括支架和高速摄像机。所述支架的四个脚穿过底座固定于地面上；所述高速摄像机悬挂于支架顶部，用于记录重物的运动轨迹以及油气管道宏观变形破坏过程。

数据采集分析系统，包括压力盒、应变片、数据线、数据采集卡和电脑。所述数据采集卡通过数据线与应变片和压力盒相连；所述电脑通过数据线与数据采集卡连接。

优选地，所述重物由高强度弹簧施加初始能量后弹射出去，且可通过改变高强度弹簧供给的初始能量大小来控制重物冲击油气管道的能量大小。

优选地，所述锚固体为长方体，其长×宽×高尺寸为1.0m×3.0m×0.5m，四个角内侧分别用Ф25×100mm锚杆进行锚固。