一种测试埋地管道力学性能影响机理的装置的制作方法

1.本发明属于管道测试辅助装置技术领域，尤其涉及一种测试埋地管道力学性能影响机理的装置。


背景技术：

2.地下管网是现代城市不可或缺的基础设施，对城市的日常运行起着举足轻重的作用。近年来，随着我国经济的高速发展和城市化进程的不断加快，各类地下管网新建和改扩建规模不断攀升。然而，我国城市建设和管理长期存在“重面子，轻里子”现象，导致地下管网“先天不足，后天失养”。随着管网服役年限的逐年增加，管道老化失修现象严重，使得我国城市地下管网安全运行面临严峻挑战。
3.地下管网通常埋设于城市复杂的地下环境中，其服役性能受上部交通荷载、覆土荷载、地下水位波动等影响显著。但国内外学者围绕交通荷载和地下水耦合作用对埋地管道力学响应的研究尚显不足。因此，为了揭示交通荷载和地下水耦合作用对埋地管道力学特性的影响机理，现场试验是必不可少的一环，而研发相应的试验装置是完成这一目的的首要任务，现有技术中针对交通荷载和地下水耦合作用对埋地管道力学特性的试验装置尚存空白之处。
4.因此，如何提供一种能测试交通荷载和地下水耦合作用对埋地管道力学特性影响的试验装置是本技术领域人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种测试埋地管道力学性能影响机理的装置，以解决现有技术中试验装置无法测试交通荷载和地下水耦合作用对埋地管道力学特性的问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
7.本发明提供了一种测试埋地管道力学性能影响机理的装置，包括：箱体；所述箱体内安装有试验管道，所述箱体内壁上安装有若干进水管，底部开设有若干个排水口，所述箱体外部两侧架设有反力架，所述反力架上固定安装有作动器，所述试验管道与反力架上均设有传感器组件；所述箱体外部还设有监测仪，所述监测仪通过导线与所述传感器组件连接用于记录所述传感器组件的数据。
8.进一步的，所述传感器组件包括若干个位移传感器、若干个薄膜土压力计、若干个电阻应变计、若干个饱和度传感器、若干个流量传感器、若干个孔隙水压力计和若干个力传感器，所述位移传感器安装在所述试验管道上部以及所述试验管道底部，所述薄膜土压力计、电阻应变计、饱和度传感器、流量传感器、孔隙水压力计安装在所述试验管道上，所述力传感器安装在所述作动器上。
9.进一步的，所述箱体一侧外壁上还安装有用于获取水位数据的水位计。
10.进一步的，所述作动器下端固定有荷载件。
11.进一步的，所述装置还包括箱体平台，所述箱体固定在所述箱体平台上。
12.进一步的，所述箱体两侧的箱体平台上均设有卡槽，所述反力架活动设置在所述卡槽上。
13.进一步的，所述箱体一侧外壁上还开设有用于集成所述传感器组件导线的导线口。
14.进一步的，所述箱体底部铺设有透水层。
15.进一步的，所述透水层上方设有若干层隔离网。
16.进一步的，所述监测仪为应力应变仪。
17.本发明提供的测试埋地管道力学性能影响机理的装置与现有技术相比，至少具有如下有益效果：
18.本发明结构简单、操作便捷，通过在试验管道与反力架上安装传感器，并配合监测仪可测试交通荷载的加载幅值、加载形式和加载位置对埋地管道的力学性能影响，通过进水管和排水口实现不同水位的变化从而测试不同的地下水位对埋地管道的力学性能的影响，对深入揭示交通荷载作用及地下水耦合作用对地下管道力学性能的影响具有重要意义。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的图作一个简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明实施例提供的一种测试埋地管道力学性能影响机理的装置的立体图；
21.图2为本发明实施例提供的一种测试埋地管道力学性能影响机理的装置的俯视图；
22.图3为本发明实施例提供的一种测试埋地管道力学性能影响机理的装置的主视图；
23.图4为本发明实施例提供的一种测试埋地管道力学性能影响机理的装置的薄膜土压力计、饱和度传感器、流量传感器、孔隙水压力计的安装俯视图；
24.图5为本发明实施例提供的一种测试埋地管道力学性能影响机理的装置的薄膜土压力计、饱和度传感器、流量传感器、孔隙水压力计的某一角度安装剖视图；
25.图6为本发明实施例提供的一种测试埋地管道力学性能影响机理的装置的薄膜土压力计、饱和度传感器、流量传感器、孔隙水压力计的另一角度安装剖视图；
26.图7为本发明实施例提供的一种测试埋地管道力学性能影响机理的装置的位移传感器的某一角度安装剖视图；
27.图8为本发明实施例提供的一种测试埋地管道力学性能影响机理的装置的位移传感器的另一角度安装剖视图；
28.图9为本发明实施例提供的一种测试埋地管道力学性能影响机理的装置的电阻应变计的某一角度安装剖视图；
29.图10为本发明实施例提供的一种测试埋地管道力学性能影响机理的装置的电阻应变计的另一角度安装剖视图；
30.附图标记：10-箱体；101-试验管道；1011-位移传感器；1012-薄膜土压力计；1013-电阻应变计；1014-饱和度传感器；1015-流量传感器；1016-孔隙水压力计；1017-力传感器；102-进水管；103-排水口；104-水位计；105-导线口；20-反力架；201-作动器；202-荷载件；30-箱体平台；301-卡槽。
具体实施方式
31.除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。
32.本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。
33.此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
34.本发明提供了一种测试埋地管道力学性能影响机理的装置，应用于测试不同交通荷载加载幅值、加载形式、加载位置以及地下水位变化等工况下地下管道的力学性能，测试埋地管道力学性能影响机理的装置包括：箱体；箱体内安装有试验管道，箱体内壁上安装有若干进水管，底部开设有若干个排水口，箱体外部两侧架设有反力架，反力架上固定安装有作动器，试验管道与反力架上均设有传感器组件；箱体外部还设有监测仪，监测仪通过导线与传感器组件连接用于记录传感器组件的数据。
35.本发明结构简单、操作便捷，通过在试验管道与反力架上安装传感器，并配合监测仪可测试交通荷载的加载幅值、加载形式和加载位置对埋地管道的力学性能影响，通过进水管和排水口实现不同水位的变化从而测试不同的地下水位对埋地管道的力学性能的影响，对深入揭示交通荷载作用及地下水耦合作用对地下管道力学性能的影响具有重要意义。
36.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
37.本发明提供了一种测试埋地管道力学性能影响机理的装置，应用于测试不同交通荷载加载幅值、加载形式、加载位置以及地下水位变化等工况下地下管道的力学性能，本实施例中，结合图1至图10，所述测试埋地管道力学性能影响机理的装置包括：箱体10；箱体10内安装有试验管道101，试验管道101为工程中常用的钢筋混凝土管，且管径可以根据实验需要进行调整变化，试验管道101上方填筑试验土壤，箱体10内壁两侧各安装有三个进水管
102，底部两侧各开设有一个排水口103，通过进水管102和排水口103可以控制箱体10内水位的变化，从而模拟不同的地下水位，箱体10底部铺设有透水层，保证整个箱体10水位的变化均匀，箱体10外部两侧架设有反力架20，反力架20上固定安装有作动器201，作动器201下端固定有荷载件202，荷载件202为荷载加载盘，使试验土壤受力更均匀，通过反力架20的液压系统控制作动器201实现荷载的加载，荷载的大小可调，试验管道101与反力架20上均设有传感器组件，传感器组件包括位移传感器1011、薄膜土压力计1012、电阻应变计1013、饱和度传感器1014、流量传感器1015、孔隙水压力计1016和力传感器1017，位移传感器1011放置在试验管道101底部0.5m处及试验管道101的管口，用于研究地下水位改变引起的沉降规律，薄膜土压力计1012、饱和度传感器1014、流量传感器1015、孔隙水压力计1016布设在试验管道101的管顶、管底和管侧，在试验管道101按一定间距在多个截面同时布置，薄膜土压力计1012用来监测加载期间管土界面土压力分布情况，饱和度传感器1014、流量传感器1015、孔隙水压力计1016用于研究管周土压力分布规律用于监测交通荷载加载和地下水位变化期间回填土饱和度、流量、流速、孔隙水压力的变化规律，电阻应变计1013沿环向布置在试验管道101的承插口和管身处，用于研究地下水位改变引起的管道的力学性能变化，力传感器1017安装在作动器201和荷载件202之间，用于监测压力的变化；箱体10外部还设有监测仪，监测仪为应力应变仪，应力应变仪通过导线与传感器组件连接用于记录传感器组件的数据。
38.在其他一些实施例中，进水管102与排水口103的数量还可以其他任意数量。
39.本实施例中，结合图4至图10，位移传感器1011数量为21个；薄膜土压力计1012、饱和度传感器1014、流量传感器1015和孔隙水压力计1016数量均为40个；电阻应变计1013数量为28个；在其他一些实施例中，位移传感器1011、薄膜土压力计1012、电阻应变计1013、饱和度传感器1014、流量传感器1015和孔隙水压力计1016数量还可以是大于零的任意数量。
40.进一步的，本实施例中，结合图1、图2和图3，箱体10一侧外壁上安装有用于获取水位数据的水位计104。
41.本实施例中，如图2所示，水位计104位于箱体10的左侧；在其他一些实施例中，水位计104还可以位于箱体10的右、上、下任意一侧。
42.进一步的，本实施例中，结合图1、图2和图3，测试埋地管道力学性能影响机理的装置还包括箱体平台30，箱体10固定在箱体平台30上，箱体平台30对整个箱体10与反力架20起支撑作用。
43.进一步的，本实施例中，结合图1、图2和图3，箱体10两侧的箱体平台30上设有卡槽301，反力架20以卡设的方式设置在卡槽301上，并可以根据实验需求调整位置，实现对试验管道101不同位置施加荷载。
44.进一步的，本实施例中，结合图1和图3，箱体10的左侧外壁上还开设有集成传感器组件导线的导线口105。
45.在其他一些实施例中，导线口105也可设置在箱体10外壁右、上、下任意一侧。
46.进一步的，本实施例中，透水层上方设有多层隔离网，将透水层与试验土壤隔离开，防止试验土壤大量进入透水层和排水口103，影响装置工作效率。
47.下面结合图，说明本发明提供的一种测试埋地管道力学性能影响机理的装置的工作过程：
48.在箱体10内分层填筑试验土壤，并按规定夯实到指定高度，试验管道101两侧和管顶一定高度范围内按规定压实度分层压实；
49.在填筑过程中使用环氧树脂对试验管道101外表面的传感器组件和导线进行防水保护，将所有导线按类别、工况编号集成后通过导线口105引出并连接负责监测数据的应力应变仪；
50.试验管道101铺设完成后继续注入试验土壤压实，直至最后一层，之后通过进水管102向透水层注水，通过排水口103排水，并通过水位计104监测地下水位的升降，通过应力应变仪记录各传感器的数据，从而测试不同交通荷载加载幅值、加载形式、加载位置以及地下水位变化等工况下地下管道的力学性能。
51.上述实施例所述的测试埋地管道力学性能影响机理的装置，结构简单、操作便捷，通过进水管102和排水口103的进水出水实现模拟地下管道的水位变化，通过应力应变仪记录安装在装置上各传感器的数据从而实现不同交通荷载加载幅值、加载形式、加载位置等工况下地下管道的力学性能，对深入揭示交通荷载作用及地下水耦合作用对地下管道力学性能的影响具有重要意义。
52.显然，以上所描述的实施例仅仅是本发明较佳实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围。本发明可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。