[发明专利]一种模拟海底悬空管道与跨肩土体相互作用的实验装置

说明书

本发明公开了一种模拟海底悬空管道与跨肩土体相互作用的实验装置，包括主体土箱、实验管道、跨肩土体支撑块以及驱动装置；所述箱体上设有位移传感器，所述跨肩土体支撑块位于主体土箱底部，所述实验管道位于跨肩土体支撑块上方，一端与驱动装置连接，另一端固定在主体土箱上；所述主体土箱内侧沿实验管道方向设有刻度尺。其优点在于，实现试验悬空管道在跨肩土体上的侧向往复运动过程模拟，通过跨肩土体支撑块阻止实验土体滑落，保证悬空，实验管道模型一端固定一端与传动连杆连接，模拟真实海底悬空管道在跨肩土体处的运动状态。

技术领域

本发明涉及的是一种海洋工程技术领域的试验装置，具体涉及一种模拟海底悬空管道与跨肩土体相互作用的实验装置。

背景技术

海底管道在近海油气输送中扮演着重要角色，管道的铺设一般采用埋设、半埋设和直铺等三种方式，在浅海中为防止坠物、钩挂等意外，一般采用埋设方式。当海床受到海流的冲刷侵蚀时，管道很容易形成悬空段，使管道受到海流波浪等动力冲击形成动力响应，将对管道产生不利影响，管道的振动在也会在一定程度上促进跨肩土体流失，加剧悬空段的形成，跨肩土体对悬空管道的动力响应不可忽略，目前，缺少相关的模拟设备来进行测试一种模拟海底悬空管道与跨肩土体相互作用力。

发明内容

本申请旨在提供一种模拟真实海底悬空管道在跨肩土体处的运动状态的设备，其技术内容为：

一种模拟海底悬空管道与跨肩土体相互作用的实验装置，包括主体土箱、实验管道、跨肩土体支撑块以及驱动装置；跨肩土体支撑块位于主体土箱底部，实验管道位于跨肩土体支撑块上方，一端与驱动装置连接，另一端固定在主体土箱上；实验管道上设有应变传感器；主体土箱内侧沿实验管道方向设有刻度尺。

主体土箱内设有管道长度调节板，所述管道长度调节板与跨肩土体支撑块相向；管道长度调节板设有实验管道穿过的通孔。

主体土箱侧壁的上端面设有限位板，限位板上开有限位槽。

驱动装置包括驱动电机、驱动轮盘和驱动连杆；驱动电机与驱动轮盘轴连接，驱动轮盘上设有卡槽，驱动连杆两端分别设有转动轴承，分别为转动轴承一和转动轴承二；转动轴承一通过限位槽与实验管道连接，转动轴承二卡接在卡槽中，限位板侧壁上安装有位移传感器。

跨肩土体支撑块为锲形体，长度与主体土箱宽度相同。

一种模拟海底悬空管道与跨肩土体相互作用的测试方法，实验时，首先进行不填充实验土体只有实验管道时的实验，提取其应变信号，再进行填加实验土体后，进行实验，提取应变信号，两者之差即为消除实验中部分误差影响的侧向土抗力。

填加实验土体后实验步骤包括：

(1)通过转动轴承二调节实验管道的振动幅度，确定实验土体的材质和用量后，调节主体土箱中跨肩土体支撑块以及管道长度调节板的位置，填加实验土体，在实验管道悬空部分的末端与实验土体相接的位置设置应变传感器；

(2)调节驱动机电，使其达到所要模拟的实验振动频率，然后开始试验；

(3)应变传感器通过采集仪将数据传输给计算机。

当跨肩土体支撑块与管道长度调节板相向调节时，需重新更换实验土体，而不能直接使用挤压过的实验土体进行实验。本发明有益效果为：

1.本装置可以实现试验悬空管道在跨肩土体上的侧向往复运动过程模拟，通过跨肩土体支撑块阻止实验土体滑落，保证悬空。

2.实验管道一端固定，另一端与驱动连杆连接，模拟真实海底悬空管道在跨肩土体处的运动状态。

3.驱动连杆与实验管道的连接使用滑动轴承，使其不受连杆转动的影响，只受驱动连杆作用到管道直线方向上的力。