一种模拟管材实际埋地情况下的力学性能测试沙箱的制作方法

1.本发明属于管道力学性能测试辅助装置领域，尤其是涉及一种模拟管材实际埋地情况下的力学性能测试沙箱。


背景技术：

2.随着城市的不断发展，地下管网系统愈加发达，排水管道的应用数量也越来越大。但是，排水管道存在的损坏和缺陷情况也触目惊心。排水管道的变形、破裂等情况的发生，往往会造成城市地质灾害和内涝。在管材的修复技术中，非开挖技术具有综合成本低、施工周期短、环境影响小、施工安全性好等优势，在城市地下管线的修复及更新工程中得到了广泛应用。非开挖修复技术的基础是排水管道的检测与评估，但目前规范中在对管材缺陷上的划分界限较为模糊，不能较好的反应管材的实际缺陷情况，一些变形稳定的管道根据规范依据可定为严重缺陷，导致目前国内市政塑料排水管道变形修复预处理工程费用居高不下。
3.管道生产中进行的环刚度及环柔性测试，虽然能反应管材的一些性能，但测试方法采用的一般是无限制的加压方式，这与现实环境中管道的受力状态有很大差别。现实环境中，管道四周均会受到砂石、泥土等的压迫作用，受力状态也是不均匀的，管材受力及变形情况更加复杂，而目前管道的环刚度及环柔性测试却忽略了这方面的影响因素，测试中进行的加压方式过于简单，不能代表管材在埋地情况下的实际受力及变形情况。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服上述背景技术中存在的技术问题，提供一种模拟管材实际埋地情况下的力学性能测试沙箱。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.本发明提供一种模拟管材实际埋地情况下的力学性能测试沙箱，包括测试沙箱、框架式压力试验机、变形传感器、力传感器、位移传感器、信号处理控制系统；
7.所述测试沙箱由混凝土墙、回填土层组成，所述混凝土墙围成上端开口的空间，模拟管材固定在混凝土墙中间，所述回填土层覆盖在所述模拟管材上方；
8.所述框架式压力试验机包括立柱、伺服电机、横梁、液压加载装置和压板，所述立柱组成框架结构，所述横梁与伺服电机进行连接来实现上下移动，所述液压加载装置固定在横梁下方中部，所述压板固定在液压加载装置下面，所述液压加载装置用于通过压板向回填土层及下方的模拟管材施加压力；
9.所述变形传感器位于模拟管材内，所述力传感器及所述位移传感器均安装在所述液压加载装置上面；
10.所述信号处理控制系统设置用于控制伺服电机动作的伺服电机开关，用于控制液压加载装置动作的液压加载装置开关，所述信号处理控制系统内设电液伺服压力机测控软件，所述电液伺服压力机测控软件对变形传感器、力传感器、及位移传感器传递回来的信号
进行数据分析处理。
11.进一步地，所述立柱固定在地面上组成框架结构，所述伺服电机固定在立柱上面，所述横梁通过丝杠与伺服电机进行连接，所述丝杠与伺服电机能够同步转动，从而带动横梁进行上下移动。
12.进一步地，所述横梁与立柱之间通过导轮接触，所述导轮能够防止横梁上下移动中发生错位。
13.进一步地，所述横梁通过限位插销实现位置固定，所述限位插销能够拆卸取出，在需要固定横梁位置时插上。
14.所述液压加载装置与横梁同步上下移动；在所述横梁位置固定时，液压加载装置通过压板对管材实验部分进行加压。
15.进一步地，所述液压加载装置配备有油路冷却器和水路冷却器，防止液压加载装置过热损坏。
16.进一步地，所述信号处理控制系统设置用于控制油路冷却器动作的油路冷却器开关，用于控制水路冷却器动作的水路冷却器开关。
17.进一步地，所述变形传感器包括横向变形传感器和纵向变形传感器，横向变形传感器水平地安装在模拟管材内部直径位置，纵向变形传感器垂直地安装在模拟管材内部直径位置，分别表征模拟管材在受力过程中发生的横向变形和纵向变形情况，所述变形传感器的另一端与电液伺服压力机测控软件连接进行信号传递。
18.进一步地，所述力传感器和位移传感器均安装在液压加载装置上，力传感器用来表征液压加载装置对管材实验部分施加的压力，位移传感器用来表征液压加载装置对管材实验部分施压时向下产生的位移量。
19.进一步地，与模拟管材一端接触的混凝土墙上开有一孔，便于进入模拟管材内部安装变形传感器。
20.进一步地，在模拟管材的下方铺设垫土层。
21.本发明中，测试沙箱中回填沙土经过回填、夯实，覆盖在管材上方，形成回填土层。测试沙箱中可以放置不同种类及口径的管材，通过选用适合的回填土材质、回填厚度和夯实度达到管材实际埋地效果，进而来模拟分析管材在实际埋深情况下的受力情况。
22.通过压力试验机和液压加载装置对实验部分进行模拟加压、依靠力传感器、位移传感器和变形传感器来表征所加的压力和管材变形量，最终通过信号处理控制系统进行数据分析，从而模拟出管材在实际埋地情况下的受力与变形情况，本发明涉及的测试沙箱可以模拟分析不同类型和口径的管材在不同土质、不同埋深、不同压力情况下的受力与变形情况。
23.与现有技术相比，本发明提供的模拟管材实际埋地情况下的力学性能测试沙箱，可以模拟不同种类及口径的管材在不同土质、不同埋深、在不同压力下的受力及变形情况，本发明适用于多种类型的管材、操作灵活、可以模拟多种埋地情况下的受力及变形情况。
附图说明
24.图1为实施例1中模拟管材实际埋地情况下的力学性能测试沙箱的结构示意图。
25.图中标记：模拟管材(1)、横梁(2)、立柱(3)、压板(4)、回填土层(5)、混凝土墙(6)、
垫土层(7)。
26.图2为实施例1中模拟管材实际埋地情况下的力学性能测试沙箱模拟进行口径dn1800管材测试时的沙箱示意图。
27.图3为实施例1中模拟管材实际埋地情况下的力学性能测试沙箱模拟进行口径dn1200管材测试时的沙箱示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
29.实施例
30.参考图1，一种模拟管材实际埋地情况下的力学性能测试沙箱，包括测试沙箱、框架式压力试验机、变形传感器、力传感器、位移传感器、信号处理控制系统。
31.所述测试沙箱由混凝土墙6、回填土层5组成，所述混凝土墙6围成上端开口的空间，模拟管材1固定在混凝土墙6中间，所述回填土层5覆盖在所述模拟管材1上方，与模拟管材1一端接触的混凝土墙6上开有一孔，便于进入模拟管材1内部安装变形传感器。在模拟管材1的下方铺设垫土层7。测试沙箱中回填沙土经过回填、夯实，覆盖在管材上方，形成回填土层。
32.本实施例中，所述框架式压力试验机包括立柱3、伺服电机、横梁2、液压加载装置和压板4，所述立柱3组成框架结构，所述横梁2与伺服电机进行连接来实现上下移动，所述液压加载装置固定在横梁2下方中部，所述压板4固定在液压加载装置下面，所述液压加载装置用于通过压板4向回填土层5及下方的模拟管材1施加压力；
33.所述变形传感器位于模拟管材1内，所述力传感器及所述位移传感器均安装在所述液压加载装置上面；
34.所述信号处理控制系统设置用于控制伺服电机动作的伺服电机开关，用于控制液压加载装置动作的液压加载装置开关，所述信号处理控制系统内设电液伺服压力机测控软件，所述电液伺服压力机测控软件对变形传感器、力传感器、及位移传感器传递回来的信号进行数据分析处理。
35.本实施例中，所述立柱固定在地面上组成框架结构，所述伺服电机固定在立柱上面，所述横梁2通过丝杠与伺服电机进行连接，所述丝杠与伺服电机能够同步转动，从而带动横梁进行上下移动。所述横梁2与立柱3之间通过导轮接触，所述导轮能够防止横梁上下移动中发生错位。所述横梁2通过限位插销实现位置固定，所述限位插销能够拆卸取出，在需要固定横梁位置时插上。所述液压加载装置与横梁同步上下移动；在所述横梁位置固定时，液压加载装置通过压板对管材实验部分进行加压。
36.本实施例中，所述液压加载装置配备有油路冷却器和水路冷却器，防止液压加载装置过热损坏。所述信号处理控制系统设置用于控制油路冷却器动作的油路冷却器开关，用于控制水路冷却器动作的水路冷却器开关。
37.本实施例中，所述变形传感器包括横向变形传感器和纵向变形传感器，横向变形传感器水平地安装在模拟管材1内部直径位置，纵向变形传感器垂直地安装在模拟管材1内部直径位置，分别表征模拟管材1在受力过程中发生的横向变形和纵向变形情况，所述变形传感器的另一端与电液伺服压力机测控软件连接进行信号传递。所述力传感器和位移传感
器均安装在液压加载装置上，力传感器用来表征液压加载装置对管材实验部分施加的压力，位移传感器用来表征液压加载装置对管材实验部分施压时向下产生的位移量。
38.测试沙箱中可以放置不同种类及口径的管材，通过选用适合的回填土材质、回填厚度和夯实度达到管材实际埋地效果，进而来模拟分析管材在实际埋深情况下的受力情况。
39.参考图2，在模拟口径dn1800的管材在中粗砂土质中的受力情形时，选用的是300mm的中粗砂垫层，压实度≥90％，回填土选用的是中粗砂，回填厚度高出管材上表面700mm，并分层进行夯实。
40.参考图3，在模拟口径dn1200的管材在粉煤灰土质中的受力情形时，选用的是300mm的中粗砂垫层，压实度≥90％，回填土选用的是粉煤灰，回填厚度高出管材上表面300mm，并分层进行夯实。
41.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。