[发明专利]测量冻土与埋地管道相互作用的实验装置及制备方法

权利要求书

1.一种测量冻土与埋地管道相互作用的实验装置，其特征在于：包括车型箱体(1)，车型箱体(1)由两块横向钢板(5)、两块侧向钢板(6)和一块底面钢板(7)所围成的开口箱体结构，车型箱体(1)一侧壁穿有前端部管道(2)，前端部管道(2)伸入车型箱体(1)内的一端与中间管道一端通过法兰盘(4)焊接，中间管道另一端通过法兰盘(4)与后端部管道(3)一端焊接，后端部管道(3)另一端穿出车型箱体(1)外，所述的前端部管道(2)、中间管道和后端部管道(3)上贴有应变片，应变片通过导线与静态电阻应变仪连接；车型箱体(1)内铺设土层，土层内安装温度探针，温度探针通过导线与静态电阻应变仪连接。

2.根据权利要求1所述的测量冻土与埋地管道相互作用的实验装置，其特征在于：所述的车型箱体(1)的侧向钢板(6)侧壁上均焊接扶手(8)，所述的车型箱体(1)的底部安装滚动轮。

3.根据权利要求1所述的测量冻土与埋地管道相互作用的实验装置，其特征在于：所述的两块横向钢板(5)和两块侧向钢板(6)外部均粘有苯板(10)，苯板厚度为40～60mm，苯板(10)外围有铁皮保护层(11)，铁皮保护层(11)厚度为0.5～1.5mm。

4.根据权利要求1所述的测量冻土与埋地管道相互作用的实验装置，其特征在于：所述的车型箱体(1)两侧壁均焊接有照准杆(12)；所述的前端部管道(2)、中间管道和后端部管道(3)顶部均焊接有标志杆(14)，标志杆(14)外套有塑料套筒(15)，塑料套筒(15)直径为13～15mm，标志杆(14)和照准杆(13)为钢筋柱，钢筋柱的直径为9～11mm。

5.根据权利要求1所述的测量冻土与埋地管道相互作用的实验装置，其特征在于：所述的前端部管道(2)一端伸出车型箱体(1)外9～11cm，且与外道焊接；所述的后端部管道(3)一端伸出车型箱体(1)外9～11cm，且管道上设有存水释放阀门(9)；所述的车型箱体(1)的底面钢板(7)上设有两个泄水筛孔(12)，两个泄水筛孔(12)位于对角线上，泄水筛孔(12)直径为90～110mm。

6.根据权利要求1所述的测量冻土与埋地管道相互作用的实验装置，其特征在于：所述的横向钢板(5)、侧向钢板(6)和底面钢板(7)的厚度为3～5mm；所述的前端部管道(2)、中间管道和后端部管道(3)的厚度为1.0～2.0mm。

7.根据权利要求1所述的测量冻土与埋地管道相互作用的实验装置，其特征在于：所述的前端部管道(2)、中间管道和后端部管道(3)的管道壁上均贴有四个应变片，四个应变片均等分布在管道的圆周面上。

8.根据权利要求1所述的测量冻土与埋地管道相互作用的实验装置，其特征在于：所述的温度探针个数为若干个，由上至下、由左至右以及右前至后均有布置，由上至下布置时温度探针与温度探针之间的间距逐级增大。

9.根据权利要求1所述的测量冻土与埋地管道相互作用的实验装置，其特征在于：所述的中间管道内安装控温器。

10.一种根据权利要求1所述的测量冻土与埋地管道相互作用的实验装置的制备方法，其特征在于：制作方法步骤如下：

1)土样的装配，实验前将实验土样进行筛分，选择适宜的含水率等的实验土，将实验土分为五层填于实验车型箱体(1)中，每层厚度控制在20cm，层层压实，每层土样用木锤敲实，使其达到天然土密度，直至三层土样填充完毕，此时土样高度达到车型箱体(1)高度三分之二管道下边缘处；

2)在管道上标记测点，在测点处贴好应变片，将应变片贴于车型箱体(1)内的管道上，为确定管道的主应力方向，故采用三轴应变花的形式，一共分为五组，一组四个检测点，测量管道轴向环向应变，进而计算管道主应力大小及方向，并连接好导线并在中间管道中提前置入控温器，将中间管道通过法兰(4)与焊接在箱体上的前端部管道(2)和后端部管道(3)相连，检验连接后管道的密实性；

3)制作温度探针，在塑料管上每隔一定间距钻有3～6个直径为0.5mm的小孔，根据温度场分布规律，小孔间距从上到下逐渐增大，将热电偶穿过塑料管，并从小孔处穿出，热电偶头部稍露出小孔即可，为保证热电偶与土体接触良好，使用树脂胶涂敷热电偶头部以达到绝缘和密封的效果，热电偶引线从塑料管的另一侧引出，固定在接线盒中，塑料管的另一端用堵头密封,至此温度探针制作完毕；

4)土体中置入温度探针，采用插管进行布置温度探针(热电偶)，将应变片连接好留出的导线和温度探针测试线通过导线连接静态电阻应变仪上，利用温度探针来测量土体各个位置的温度变化；

5)埋置温度探针后继续装配土样，每层厚度20cm，装配两层直至装满车型箱体(1)，并层层压实至天然土密度；

6)将上述连接好的实验装置进行试验，根据实验的不同要求进行冻融循环实验，确定冻融循环的具体周期时间长短，按照周期进行循环条件设置，如将装置置于温度为15～20度的室内环境中48小时后，将装置置于温度为-15～-20度的室外环境中48小时，每96小时为一次冻融循环，通过静态电阻应变仪实时测量管道内外应变变化。