[发明专利]一种测定埋置管道所受浮力的试验装置和方法

权利要求书

1.一种测定埋置管道所受浮力的试验装置，其特征在于：包括试验槽和试验管道，试验管道放置于试验槽中，并在试验管道下部铺设与实际工程材质相一致的抛石基床，在试验槽中铺设回填土；

在试验管道外壁上布设有N个压强传感器，用以测定试验管道不同位置受到回填土的力；在抛石基床内预埋拉力传感器，用于测定试验管道受到的上浮力，拉力传感器的底端与试验槽底面固定，拉力传感器的顶端与试验管道的最低端刚性连接；

在试验管道两侧的回填土中布设有M列压强检测点，用于测量不同区域不同高度处回填土的压强，每列压强检测点包括竖直布置的多个压强检测点，每个压强检测点设置有上、下、左、右四个压强传感器，分别用于检测该压强检测点处的上、下、左、右四个方向的压强大小。

2.根据权利要求1所述的测定埋置管道所受浮力的试验装置，其特征在于：试验槽宽度为20倍试验管道直径，长度为2倍试验管道长度。

3.根据权利要求1所述的测定埋置管道所受浮力的试验装置，其特征在于：抛石基床宽度大于实验管道直径20cm，抛石基床长度与试验管道一致。

4.根据权利要求1所述的测定埋置管道所受浮力的试验装置，其特征在于：在试验管道的每个测量断面的管道外壁上均匀布设16个压强传感器。

5.根据权利要求1所述的测定埋置管道所受浮力的试验装置，其特征在于：在试验管道两侧0.5倍直径位置和1.5倍直径位置布设四列压强检测点。

6.根据权利要求5所述的测定埋置管道所受浮力的试验装置，其特征在于：每列压强检测点包括竖直布置的四个压强检测点，从上至下依次为第一压强检测点、第二压强检测点、第三压强检测点盒第四压强检测点，第一压强检测点和第二压强检测点之间的距离为0.4倍试验管道直径，第二压强检测点和第三压强检测点之间的距离为0.3倍试验管道直径，第三压强检测点和第四压强检测点之间的距离为0.3倍试验管道直径。

7.利用权利要求1所述的试验装置进行试验的方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1.根据试验场地情况，对实际工程中所用到的管道进行等比尺几何缩小，在几何比尺确定后，制造相应大小的试验槽和试验管道；

步骤2.在试验槽中铺设抛石基床，并在抛石基床中埋测拉力传感器；

步骤3.在试验管道外壁上布设的压强传感器，然后将试验管道铺设于抛石基床上，并将拉力传感器顶端与试验管道底部固定连接；

步骤4.向试验槽中逐层铺设回填土，在铺设回填土过程中，在试验管道两侧预定的各个压强检测点的位置，埋设压强传感器；回填土的铺设速度根据现场的实际回填速度确定；

步骤5.在回填土的过程中，对试验管道两侧土体中的各列压强检测点处的各个压强传感器进行实时采样，并将各列压强检测点中相同高度位置的压强检测点处的相同方向上的压强传感器进行对比，以控制试验过程土体回填的均匀性；

步骤6.在整个回填过程中，当拉力传感器出现正的拉力值时，代表管道已经出现上浮，此时应立即停止试验，并记录此时的试验管道外壁上的各个压强传感器的数据θ(h)，h表示当前时刻各个压强传感器与回填土上表面间的垂直距离；若整个回填过程中，拉力传感器一直没有出现正的拉力值，则当回填土覆盖管道上表面时，停止试验；

步骤7.根据试验停止时试验管道外壁上的压强传感器的数据θ(h)，计算等效压力系数K(h)：

其中，γ为回填土的湿容重；

步骤8.根据等效压力系数K(h)计算实际工程中管道承受的浮力F：

其中，D代表实际工程中的管道的直径；

步骤9.当根据公式(2)所得的浮力F大于实际工程管道总重时，可判断管道在施工过程中会出现上浮现象。