[发明专利]一种测定埋置管道所受浮力的试验装置和方法

说明书

本发明公开了一种测定埋置管道所受浮力的试验装置和方法，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；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，以控制试验过程土体回填的均匀性。根据试验停止时试验管道外壁上的压强传感器的数据，计算等效压力系数，再根据等效压力系数计算实际工程中管道承受的浮力。

技术领域

本发明属于海底埋置管道监测技术领域，具体涉及一种测定埋置管道所受浮力的试验装置和方法。

背景技术

随着陆地资源的过度开发，人口的急剧膨胀，环境问题的日益恶化，世界沿海各国纷纷将投资的目光转移到了海洋，加快了对海洋的开发和利用，并且将其对海洋的开发能力作为衡量该国综合科技能力的重要标准。

随着我国海洋工程的高速发展，海底管道运输方式具有运量大、造价低、运输安全等优点，被广泛应用于油气工程、电力工程和给排水工程中。然而，对于浅海的埋置管道时常发生管道上浮的情况，管道上浮引发的较大竖向变形会严重威胁管道的使用安全。诸多研究表明，在相同条件下，管道周边土体提供的上浮承载力是决定埋置管道是否发生竖向变形的关键因素，尤其是回填土为软土时，管道的上浮承载力与管道埋深、土体特性、加载方式等有直接的关系。

目前，国内外对于埋置管道上浮承载力的研究主要基于模型试验和数值分析，Bransby等利用离心模型试验研究了不同固结度软土的上浮承载力，并提出了基于平均固结度的上浮承载力计算方法。Hodder等基于一系列离心模型试验提出了预测软土中管道水平和竖向受力特性的加工硬化塑性模型。Newson等通过有限元法讨论了管道埋深对软土破坏模式和上浮承载力的影响。Martin等通过有限元法研究了不排水条件下软土的上浮承载力，并根据管周软土的不同破坏模式分别给出了建议的计算方法。对于离心模型试验，其采用的管道模型通常较小，回填土尺寸往往大于管道尺寸或与管道尺寸相当，其结果受到土块尺寸以及两者相对位置的影响，因而有必要进行室内模型试验测定回填土对管道的浮力大小，依确定管道的竖向在位稳定性。

因此，为了准确预测埋置管道的在位稳定性，为海底管道的工程设计提供有效参数，本专利详细说明了一种测定埋置管道所受浮力的试验方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种测定埋置管道所受浮力的试验装置和方法，主要通过室内模型试验测定回填土对管道的浮力大小，并根据测定结果分析管道是否具有上浮风险，为实际工程提供数据支持。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种测定埋置管道所受浮力的试验装置，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。

在上述技术方案中，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。

在上述技术方案中，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。

在上述技术方案中，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。