CN105203387A - 场地沉降及断层影响下的管土模型试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种场地沉降及断层影响下的管土模型试验装置。包括依次排列布置的固定箱体、竖向移动箱体、水平移动箱体，三个箱体内的土体为有机结合的整体，试验管道贯穿三个箱体；固定箱体焊接或锚固在固定台上，竖向移动箱体置于临时支撑台架上，水平移动箱体通过其底部安装的滑轮组件置于线位轨道上；加载部分包括MTS动力设备、竖向加载千斤顶、横向加载千斤顶；整个结构固定在地锚上。本发明既能模拟不均匀沉降和断层两种场地环境对埋入其内管线的影响，又可模拟两种环境耦合作用时对管线力学性能的影响，满足模拟的相似性，使不均匀沉降和断层等复杂的场地条件得以简化，便于室内试验的操作，模拟埋地管线的受力情况。

Description

场地沉降及断层影响下的管土模型试验装置

技术领域

本发明涉及场地环境对管道影响的试验装置，具体是一种场地沉降及断层影响下的管土模型试验装置。

背景技术

地下管道在输送水、油、气以及在通信、供电、交通和排水等方面得到广泛的应用，已成为现代工业生产和城镇生活的大动脉。如今管道因场地坏境变化而破坏占据着主要的原因，因而了解场地变化导致管道破坏的机理，对地下管道安全性和可靠性的研究具有重要的应用价值。已有场地条件下的管道***模拟装置大多数是模拟单一的场地环境对管道的影响，在地震的环境下，管道往往会受到多种场地条件的影响，因而需要一种既能够模拟不同场地条件，如断层和不均匀沉降，又能综合多种场地条件同时作用在管道上的试验装置。

发明内容

本发明旨在解决现有管道***模拟装置存在的受力情况研究局限性、操作繁琐、结构复杂和体积过大的问题，而提供一种不仅可以模拟单一场地环境变化，又能使多种场地变换结合在一起，实用性强，节省试验时间和用地空间的场地沉降及断层影响下的管土模型试验装置。

本发明解决所述问题，采用的技术方案是：

一种场地沉降及断层影响下的管土模型试验装置，包括依次排列布置的固定箱体、竖向移动箱体、水平移动箱体，三个箱体内的土体为有机结合的整体，试验管道贯穿三个箱体；

固定箱体焊接或锚固在固定台上，固定箱体与竖向移动箱体相邻一侧的侧壁上设置有竖向挡土板，固定箱体上部设置有加载组件I；

竖向移动箱体置于临时支撑台架上，竖向移动箱体上部通过链接件与MTS动力设备连接，竖向移动箱体上部设置有加载组件II，竖向移动箱体与水平移动箱体相邻一侧的侧壁上设置有侧向挡土板；

水平移动箱体通过其底部安装的滑轮组件II置于线位轨道上，线位轨道固定在固定支撑上，水平移动箱体与竖向移动箱体相邻一侧的侧壁上设置有侧向挡土板，水平移动箱体外侧壁上安装有滚轮组件，滚轮组件的轴承滚轮沿设置在侧部支撑上的线位滚动，侧部支撑为独立设置，水平移动箱体设置有横向加载千斤顶，水平移动箱体上部设置有加载组件I。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其突出的特点是：

①可以同时进行不同管径、壁厚或材质的管道试验，形成直接对比，观测每个因素对其影响的大小，节约了相当大的一部分埋设时间；

②可以模拟不同深度的埋深，不用控制管体上侧埋设土体的真实高度和密实度，有效的解决了上侧空间不足和控制土体稳定性的问题。

③可以模拟管道断层的场地环境状况，又可以单独模拟沉降对管道的力学性能的影响，关键在于将两种场地变形的情况同时进行，更切合实际的得到管道在多种场地变化时的受力情况和变形情况。

作为优选，本发明更进一步的技术方案是：

贯穿固定箱体、竖向移动箱体、水平移动箱体的试验管道为三根，三根试验管道设立在不同的两个高度，固定箱体外侧壁、水平移动箱体外侧壁分别开出三个对应的试验管道伸出孔。

设置在固定箱体／水平移动箱体上的加载组件I包括竖向加载千斤顶、传力架及千斤顶固定架，传力架压在埋设完毕的试验管道上面，千斤顶固定架固定在固定箱体／水平移动箱体上，竖向加载千斤顶通过千斤顶固定架加载在传力架上。

竖向移动箱体上部均衡设置有两套加载组件II，加载组件II包括竖向加载千斤顶、传力板及千斤顶固定架，传力板压在埋设完毕的试验管道上面，千斤顶固定架固定在竖向移动箱体上，竖向加载千斤顶通过千斤顶固定架加载在传力板上。

安装在水平移动箱体外侧壁上的滚轮组件为两套且上、下对称布置，每套滚轮组件设置两个轴承滚轮，两个轴承滚轮用螺纹杆穿起，上、中、下分别用相应大小的螺母紧固并用槽钢将其支起，槽钢与水平移动箱体外侧壁焊接固定。

侧部支撑为三角固定架，三角固定架的垂直边上固定有滚轮组件中的轴承滚轮的线位。

安装在水平移动箱体底部的滑轮组件为两套且左、右对称布置，滑轮组件为滑轮排，滑轮排通过槽钢支撑装配在水平移动箱体的底部，且滑轮排置于线位轨道中，线位轨道由槽钢支撑、两侧角钢构成，槽钢支撑固定在底部的固定支撑上。

附图说明

图1是本发明实施例的立面示意图；

图2是图1的俯视示意图；

图3是滚轮组件结构示意图；

图4是滑轮组件结构示意图；

图5是加载组件I结构示意图；

图6是加载组件I与水平移动箱体装配结构示意图；

图7是加载组件II结构示意图；

图8是试验管道穿过箱体的孔洞位置图。

图中：1-MTS动力设备，2-固定箱体，3-竖向移动箱体，4-水平移动箱体，5-侧部支撑，6-链接件，7-滚轮组件，8-滑轮组件，9-线位轨道，10-侧向挡土板，11-临时支撑台架，12-竖向挡土板，13-固定台，14-加载组件I，15-加载组件II，16-横向加载千斤顶，17-轴承滚轮，18-螺纹杆，19-螺母，20-线位，21-滑轮排，22-竖向加载千斤顶，23-传力架，24-千斤顶固定架，25-传力板，26-钢架门，27-孔洞。

具体的实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步的说明，目的仅在于更好的理解本发明的内容，所举之例并非限制本发明的保护范围。

参见图1、图2，一种场地沉降及断层影响下的管土模型试验装置，包括依次排列布置的固定箱体2、竖向移动箱体3、水平移动箱体4，三个箱体内的土体为有机结合的整体，试验管道贯穿三个箱体。

本实施例中，贯穿固定箱体2、竖向移动箱体3、水平移动箱体4的试验管道为三根，三根试验管道设立在不同的两个高度，固定箱体2外侧壁、水平移动箱体4外侧壁上分别开出三个对应的试验管道伸出的孔洞27（见图8）。三根试验管道设立在不同的两个高度可以使管道之间相互作用力减小，节约试验的周期，而且三根试验管道之间在相同试验环境中形成直接对比。

固定箱体2锚固在固定台13上，固定台13由厚度为8mm的160×60mm的槽钢相对焊接而成，搭接成形理想高度后锚固在地沟上，固定箱体2与竖向移动箱体3相邻一侧的侧壁上焊接有竖向挡土板12。将固定箱体2锚固（或焊接）在固定台13上，使其稳定不动，目的是在做不均匀沉降的场地变形时保证两端对称，模拟管道的无线长度，确保其稳定性；竖向挡土板12为了在沉降中阻止土体外漏。

待管体埋设完毕之后将加载组件I14装配在固定箱体2上部。本实施例中，加载组件I14由竖向加载千斤顶22、传力架23及千斤顶固定架24构成，传力架23压在埋设完毕的试验管道上面，千斤顶固定架24固定在固定箱体2上，竖向加载千斤顶22通过千斤顶固定架24加载在传力架23上（见图5、图6）。

竖向移动箱体3置于临时支撑台架11上，临时支撑台架11并不与地沟和箱体连接，临时支撑台架11支撑竖向移动箱体3，防止在管体埋设和土体夯实过程中破坏动力装置，在试验开始之前撤去。

竖向移动箱体3上部通过链接件6与MTS动力设备1连接，链接件6由两块预留锚固孔且厚度20mm的钢板和横向钢架组装锚固而成；MTS动力设备1安装在钢架门26上。通过MTS动力设备1来控制竖向移动箱体3的沉降位移量。

竖向移动箱体3与水平移动箱体4相邻一侧的侧壁上焊接有侧向挡土板10。竖向移动箱体3焊接侧向挡土板10的目的是在做断层环境变化时阻止侧向土体的泄漏。

待管体埋设完毕之后在竖向移动箱体3上均衡安装两套加载组件II15。本实施例中，加载组件II由竖向加载千斤顶22、传力板25及千斤顶固定架24构成，传力板25压在埋设完毕的试验管道上面，千斤顶固定架24固定在竖向移动箱体3上，竖向加载千斤顶22通过千斤顶固定架24加载在传力板25上（见图7）。

通过调整上述竖向加载千斤顶22压力的大小，可以模拟不同埋深对管道的受力影响。

水平移动箱体4通过其底部安装的滑轮组件8置于线位轨道9上。本实施例中，滑轮组件8为两套且对称布置，滑轮组件8为滑轮排，滑轮排通过槽钢支撑装配在水平移动箱体4的底部，且滑轮排置于线位轨道9中，线位轨道9由槽钢支撑、两侧角钢构成，槽钢支撑固定在底部的固定支撑上（见图1及图4）。线位轨道9防止滑轮排滑出规定线位，滑轮排的槽钢支撑与箱体焊接，最后千斤顶给予侧向力，使箱体III产生水平搓动。

水平移动箱体4与竖向移动箱体3相邻一侧的侧壁上焊接有侧向挡土板10，其目的也是为了在沉降中阻止土体外漏。

水平移动箱体4外侧壁上安装有滚轮组件7。本实施例中，滚轮组件7为两套且上、下对称布置，每套滚轮组件7设置两个轴承滚轮17，两个轴承滚轮17用螺纹杆18穿起，上、中、下分别用相应大小的螺母19紧固并用槽钢将其支起，槽钢与水平移动箱体4外侧壁焊接固定；滚轮组件7的轴承滚轮17沿设置在侧部支撑5上的线位20滚动（见图1及图3）。

侧部支撑5为独立设置。本实施例中，侧部支撑5为三角固定架，三角固定架的垂直边上固定有滚轮组件7中的轴承滚轮17的线位20。

水平移动箱体5设置有横向加载千斤顶16，通过横向加载千斤顶16给予水平移动箱体5侧向力，使水平移动箱体5产生水平错动。

待管体埋设完毕之后将加载组件I14装配在水平移动箱体5上部。水平移动箱体5上部的加载组件I14装配结构与固定箱体2上部的加载组件I14装配结构相同。

试验过程中，单一做沉降场地变化时，把滚轮组件7的上下槽钢用螺栓锚固上，防止前后错动影响试验结果；单一做断层场地变化时，MTS动力设备1保持不动；最后结合两种不同的场地变形，最终形成可以模拟不同场地变形、不同埋深、不同管道材质、地震荷载、不同管径和壁厚等多种因素的试验装置。

通过MTS动力设备1和竖向加载千斤顶22、横向加载千斤顶16，可以控制箱体移动的位移量和位移速度，形成多变的场地环境变换。

通过控制千斤顶压力的大小，以满足模拟不同土体埋深的要求，通过传力架形成土体的均匀荷载。

本实施例中，横向加载千斤顶16采用大型千斤顶，竖向加载千斤顶22采用小型千斤顶。

以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (7)

1.一种场地沉降及断层影响下的管土模型试验装置，其特征在于：

包括依次排列布置的固定箱体（2）、竖向移动箱体（3）、水平移动箱体（4），三个箱体内的土体为有机结合的整体，试验管道贯穿三个箱体；

固定箱体（2）焊接或锚固在固定台（12）上，固定箱体（2）与竖向移动箱体（3）相邻一侧的侧壁上设置有竖向挡土板（12），固定箱体（2）上部设置有加载组件I（14）；

竖向移动箱体（3）置于临时支撑台架（11）上，竖向移动箱体（3）上部通过链接件（6）与MTS动力设备（1）连接，竖向移动箱体（3）上部设置有加载组件II（15），竖向移动箱体（3）与水平移动箱体（4）相邻一侧的侧壁上设置有侧向挡土板（10）；

水平移动箱体（4）通过其底部安装的滑轮组件（8）置于线位轨道（9）上，线位轨道（9）固定在固定支撑上，水平移动箱体（4）与竖向移动箱体（3）相邻一侧的侧壁上设置有侧向挡土板（10），水平移动箱体（4）外侧壁上安装有滚轮组件（7），滚轮组件（7）的轴承滚轮（17）沿设置在侧部支撑（5）上的线位（20）滚动，侧部支撑（5）为独立设置，水平移动箱体（4）设置有横向加载千斤顶（16），水平移动箱体（4）上部设置有加载组件I（14）。

2.根据权利要求1所述的场地沉降及断层影响下的管土模型试验装置，其特征在于：贯穿固定箱体（2）、竖向移动箱体（3）、水平移动箱体（4）的试验管道为三根，三根试验管道设立在不同的两个高度，固定箱体（2）外侧壁、水平移动箱体（4）外侧壁分别开出三个对应的试验管道伸出孔。

3.根据权利要求1所述的场地沉降及断层影响下的管土模型试验装置，其特征在于：设置在固定箱体（2）／水平移动箱体（4）上的加载组件I（14）包括竖向加载千斤顶（22）、传力架（23）及千斤顶固定架（24），传力架（23）压在埋设完毕的试验管道上面，千斤顶固定架（24）固定在固定箱体（2）／水平移动箱体（4）上，竖向加载千斤顶（22）通过千斤顶固定架（24）加载在传力架（23）上。

4.根据权利要求1所述的场地沉降及断层影响下的管土模型试验装置，其特征在于：竖向移动箱体（3）上部均衡设置有两套加载组件II（15），加载组件II（15）包括竖向加载千斤顶（22）、传力板（25）及千斤顶固定架（24），传力板（25）压在埋设完毕的试验管道上面，千斤顶固定架（24）固定在竖向移动箱体（3）上，竖向加载千斤顶（22）通过千斤顶固定架（24）加载在传力板（25）上。

5.根据权利要求1所述的场地沉降及断层影响下的管土模型试验装置，其特征在于：安装在水平移动箱体（4）外侧壁上的滚轮组件（7）为两套且上、下对称布置，每套滚轮组件（7）设置两个轴承滚轮（17），两个轴承滚轮（17）用螺纹杆（18）穿起，上、中、下分别用相应大小的螺母（19）紧固并用槽钢将其支起，槽钢与水平移动箱体（4）外侧壁焊接固定。

6.根据权利要求1所述的场地沉降及断层影响下的管土模型试验装置，其特征在于：侧部支撑（5）为三角固定架，三角固定架的垂直边上固定有滚轮组件（7）中的轴承滚轮（17）的线位(20)。

7.根据权利要求1所述的场地沉降及断层影响下的管土模型试验装置，其特征在于：安装在水平移动箱体（4）底部的滑轮组件（8）为两套且左、右对称布置，滑轮组件（8）为滑轮排，滑轮排通过槽钢支撑装配在水平移动箱体（4）的底部，且滑轮排置于线位轨道（9）中，线位轨道（9）由槽钢支撑、两侧角钢构成，槽钢支撑固定在底部的固定支撑上。