一种模拟冻土环境下管道力学反应的试验装置的制作方法

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本发明涉及埋地管道应力研究技术领域，尤其是一种模拟冻土环境下管道力学反应的试验装置。


背景技术：

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埋地管道是油气等物质运输的重要渠道之一，在油气输送与城市供水供热中起到不可或缺的作用。由于埋地管道分布范围广、运输距离长，不可避免的需要穿越冻土等复杂地质环境，而冻土含有地下冰，具有流动性，其长期强度远低于瞬时强度的特性，从而导致冻土管道面临冻胀和融沉等危害。尽管有很多冻土管道方面的研究成果，但缺乏冻土环境下埋地管道力学反应的试验观测系统，一定程度上制约了研究工作的开展。


技术实现要素：

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本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种模拟冻土环境下管道力学反应的试验装置，以观测在冻土环境下埋地管道的位移及应变反应状况。
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本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模拟冻土环境下管道力学反应的试验装置，具有外箱体、制冷箱体以及试验箱体，所述制冷箱体置于外箱体内，试验箱体置于制冷箱体内，所述的试验箱体底部固定有支护架，试验所用的埋地管道通过管道固定器固定在支护架上，埋地管道底部贴有应变片，外箱体侧壁开设有观测窗，所述观测窗上设有线路连接应变片的应变线输出口，埋地管道上设有垂直位移测量器，垂直位移测量器的刻度显示端位于观测窗处，位于试验箱体内的垂直位移测量器的外周以及埋地管道外周均包裹有柔性保护套。
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具体说，所述的垂直位移测量器具有弯折成形并内充有液体的虹吸管，虹吸管内端设有抵压在埋地管道外周的活塞，虹吸管外端的刻度显示端上标识有刻度线。
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为方便改变埋地管道的类型和埋深位置调节，所述的试验箱体内固定间隔布置的四个支护架，每根支护架上开有四个调节孔，管道固定器将埋地管道固定在所述调节孔上。
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为提高试验装置整体密封效果，防止温度变化对垂直位移测量器产生影响，所述的制冷箱体和试验箱体密封安装有密封内盖，外箱体顶部密封安装有密封外盖，垂直位移测量器穿过密封内盖并通过密封外盖内侧与密封内盖外侧之间的间隙通向观测窗。
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进一步地，所述的柔性保护套通过固定隔热钢套固定在密封内盖上。
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本发明的有益效果是：本发明通过在试验箱体中固定埋地管道并填入冻土，采用柔性保护套以避免埋地管道与冻土接触，利用应力片和垂直位移测量器，测量埋地管道的垂直位移与应变变化，从而模拟不同类型、不同深度以及不同角度状况下的埋地管道，在冻土环境下的力学反应以及位移变化过程，为埋地管道在冻土环境下的破坏成因分析提供试验依据，达到预防冻土环境下埋地管道产生冻胀、融沉等危害性现象的目的。
附图说明
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下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
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图1是本发明的结构示意图。
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图2是本发明的箱体结构剖切结构示意图。。
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图3是本发明所述柔性保护套的结构示意图。
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图4是本发明所述支护架的安装结构示意图。
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图5是本发明所述埋地管道为弯管时的安装结构示意图。
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图6是本发明所述埋地管道为弯管时的柔性保护套安装示意图。
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图中：1.外箱体、2.制冷箱体、3.试验箱体、4.观测窗、5.支护架、6.调节孔、7.管道固定器、8.埋地管道、9.垂直位移测量器、10.制冷管、11.密封外盖、12.密封内盖、13.柔性保护套、14.固定隔热钢套、15.应变线输出口。
具体实施方式
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现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
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如图1～图5所示的一种模拟冻土环境下管道力学反应的试验装置，具有外箱体、制冷箱体以及试验箱体，所述制冷箱体2置于外箱体1内，试验箱体3置于制冷箱体2内。所述制冷箱体2和试验箱体3顶部共同由密封内盖12密封，密封内盖12通过卡槽与制冷箱体2和试验箱体3相连并由螺栓加固，所述外箱体1顶部由密封外盖11密封。
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位于试验箱体3底部固定有四个支护架5，每个所述支护架5上开有四个调节孔6，试验所用的埋地管道8通过管道固定器7固定在支护架5的调节孔6上，可以通过埋地管道8的埋深及类型来确定调节孔6的使用数量和位置。
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位于埋地管道8的底部贴有应变片，外箱体1侧壁开设有观测窗4，所述观测窗4上设有线路连接应变片的应变线输出口15，以便把埋地管道8上的应变片所测数据连接到外部仪器，测量出埋地管道8垂直方向的位移大小与变化过程。
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所述的埋地管道8上设有垂直位移测量器9，所述垂直位移测量器9穿过密封内盖12并通过密封外盖11内侧与密封内盖12外侧之间的间隙通向观测窗4。所述的垂直位移测量器9具有弯折成形并内充有液体的虹吸管，虹吸管内端设有活塞，虹吸管外端的刻度显示端上标识有刻度线，垂直位移测量器9的刻度显示端位于观测窗4处。试验时垂直位移测量器9内端的活塞与埋地管道8外周接触，当埋地管道8发生垂直向上的位移时，推动活塞使液体在虹吸管中运动，通过观测窗4读取刻度线数值，从而观测埋地管道8在垂直方向上的位移数值变化。
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位于试验箱体3内的垂直位移测量器9的虹吸管外周以及埋地管道8外周均包裹有柔性保护套13，以减少冻土环境对垂直位移测量器9的影响，所述柔性保护套13通过固定隔热钢套14固定在密封内盖12上，以达到固定柔性保护套13的目的并且实现柔性保护套13的安装与拆卸，固定隔热钢套14可以防止垂直位移测量器9受到温度改变从而导致的测量数据的不准确。
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如图6所示，对于弯曲的埋地管道8而言，其对应使用的柔性保护套13在安装时，先将弯曲的埋地管道8及相应的柔性保护套13拆成两个部分，然后将两部分的埋地管道8套上
对应的柔性保护套13后，最后将两个部分的埋地管道8及相应的柔性保护套13进行密封，并且通过管道固定器7固定在支护架5上。
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本发明通过在试验箱体3中固定埋地管道8并填入冻土，采用柔性保护套13以避免埋地管道8与冻土接触，利用应力片和垂直位移测量器9，测量埋地管道8的垂直位移与应变变化，从而模拟不同类型、不同深度以及不同角度状况下的埋地管道8，在冻土环境下的力学反应以及位移变化过程，为埋地管道8在冻土环境下的破坏成因分析提供试验依据，达到预防冻土环境下埋地管道8产生冻胀、融沉等危害性现象的目的。
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以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。