[发明专利]一种管土接触界面摩擦系数测量方法

说明书

本发明公开了一种管土接触界面摩擦系数测量方法，将管道材料板放入管材容器中，再将土样容器放在管道材料板上；保持土样容器静止，拉动管材容器使管材容器产生位移，记录管材容器的受拉力读数为F_sf；向土样容器内放入土样，向土样施加朝向管道材料板的压力N，保持土样容器静止，拉动管材容器使管材容器产生位移，记录管材容器的受拉力读数为F_all；重复n次步骤S20～S30，求出从第一次到第n次的摩擦系数μ，最终得到摩擦系数测量结果为通过带动土样容器与管材容器的相对运动，土样与管材容器相接触，拉力传感器记录管材容器所受到的拉力，从而可计算出管土发生较大位移时，其接触界面之间的摩擦系数，模拟效果好，测量结果更准确。

技术领域

本发明涉及土木工程试验技术领域中的一种管土接触界面摩擦系数测量方法。

背景技术

管道是油气运输地重要手段，对于陆地埋地管道，其在穿越地质灾害区域时，容易受到地基土层错动的影响，导致作用于管道的附加荷载；对于海底管道，其内部输送的高温高压油气会使管线出现巨大的轴向应力，从而使其产生挠曲，管道周围土体提供的作用于管道的抗力是维持管道稳定的重要因素。因此管道工程的设计施工和运营过程中，管道与周围土体接触面的摩擦系数是必不可少的重要参数。

目前，管土界面摩擦系数一般根据经验的方法取值，如《城镇供热直埋热水管道技术规程》(CJJ/T 81-2013)等。然而，管土界面摩擦系数不仅仅与土体类别有关，还随着管道材料不同而变化。随着管道材料多样化，管土界面摩擦系数测量装置和方法的缺失导致管道设计的安全性和经济性不能得到保障。现有直剪试验因为尺寸较小，在试验中不能模拟管土发生较大相对位移的工况，同时浅埋管道所受正应力较小，因此测得的剪切力量值较小，在数据处理过程中系统摩擦不可忽略。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种管土接触界面摩擦系数测量方法，能准确测量管土接触界面的摩擦系数。

根据本发明的实施例，提供一种管土接触界面摩擦系数测量方法，包括以下步骤：S10.将管道材料板放入管材容器中，再将土样容器放在管道材料板上；S20.保持土样容器静止，以预设速度v拉动管材容器使管材容器产生位移，经过时间t后停止拉动，记录管材容器的受拉力读数为F_sf；S30.向土样容器内放入土样，向土样施加朝向管道材料板的压力N，保持土样容器静止，以预设速度v拉动管材容器使管材容器产生位移，经过时间t后停止拉动，记录管材容器的受拉力读数为F_all，管道材料板与土样接触面的剪切力为F_n＝F_all-F_sf，计算出管土接触界面的摩擦系数μ_n＝F_n/N；S40.重复n次步骤S20～S30，求出从第一次到第n次的摩擦系数μ，最终得到摩擦系数测量结果为

根据本发明的实施例，进一步地，在步骤S10中，先在土样容器的底面贴接弹性件，再将土样容器放在管道材料板上。

根据本发明的实施例，进一步地，在步骤S30中，先在土样容器的内壁涂抹润滑剂，再向土样容器内放入土样。

根据本发明的实施例，进一步地，在步骤S30中，在土样的顶面均匀堆放重物以形成压力N。

根据本发明的实施例，进一步地，在步骤S20及S30中，使用拉动力件拉动管材容器，所述拉动力件的拉力方向平行于水平方向。

根据本发明的实施例，进一步地，在步骤S20及S30中，使用反力机构对土样容器施加反力，以使土样容器保持静止。

根据本发明的实施例，进一步地，所述反力机构包括反力架和反力杆，所述反力杆的第一端与所述土样容器相接，所述反力杆的第二端与所述反力架连接，在步骤S20及S30中，调节反力杆使反力杆的轴向方向平行于水平方向。