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原文传递考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置及方法

专利名称：	考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置及方法
摘要：	本发明公开了一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置及方法，本方案考虑土体温度效应、操作简单，实用性较强，且成本较低，能够满足工程设计的需要。所述装置包括试验模型箱、模型管道、顶部加载板、竖向堆载、温度控制系统和牵引检测装置，模型管道的两端露出试验模型箱两侧并与试验模型箱滑动连接，所述试验模型箱两侧分别设置温度控制系统和牵引检测装置，所述模型管道内设置有温度加载系统和温度传感器。所述方法步骤包括准备试验所需土样；进行管道与黏土轴向摩擦试验；进行常温对照试验，绘制不同温度条件下位移与摩擦力的关系曲线；分析量化得到摩擦力的变化规律。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
发明人：	王宽君;单治钢;陈立强;孙淼军
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910778419.2
公开号：	CN110441228A
代理机构：	杭州九洲专利事务所有限公司
代理人：	韩小燕
分类号：	G01N19/02(2006.01);G;G01;G01N;G01N19
申请人地址：	310014浙江省杭州市下城区潮王路22号
主权项：	1.一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，其特征是，包括试验模型箱、模型管道、顶部加载板、竖向堆载、温度控制系统和牵引检测装置，所述试验模型箱顶端敞口，顶部加载板设置在试验模型箱的顶部，竖向堆载设置在顶部加载板的顶部，模型管道的两端露出试验模型箱两侧并与试验模型箱滑动连接，所述试验模型箱两侧分别设置温度控制系统和牵引检测装置，所述模型管道内设置有温度加载系统和温度传感器，所述温度加载系统和温度传感器分别连接温度控制系统，所述牵引检测装置连接模型管道。 2.根据权利要求1所述的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，其特征是，试验模型箱内底部设有排水层，所述排水层由土工布包裹砂砾石组成。 3.根据权利要求1所述的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，其特征是，顶部加载板底面设置有土工布。 4.根据权利要求1所述的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，其特征是，所述试验模型箱两侧分别设置有两个竖直延伸的条形槽，试验模型箱在条形槽处滑动连接有上活动槽板和下活动槽板，所述上活动槽板的下端以及下活动槽板的上端均设置有半圆形缺口，所述的两个半圆形缺口可拼接为一个圆形通孔，模型管道两端分别滑动连接两侧的圆形通孔。 5.根据权利要求4所述的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，其特征是，所述试验模型箱两侧分别竖直设置有一根钢轴杆，所述上活动槽板设有上滑动支座，下活动槽板设有下滑动支座，所述上滑动支座和下滑动支座分别滑动连接所述钢轴杆的上下两端。 6.根据权利要求5所述的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，其特征是，所述钢轴杆设有螺纹，钢轴杆分别在上滑动支座和下滑动支座下方设有活动螺栓。 7.根据权利要求1所述的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，其特征是，模型管道靠近牵引检测装置一端封闭且这一端设置有进水孔和出水孔，所述进水孔位于出水孔下方。 8.根据权利要求7所述的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，其特征是，模型管道靠近牵引检测装置一端设有高温控制阀。 9.根据权利要求1所述的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，其特征是，所述牵引检测装置包括绞盘、步进电机、钢绞线、轴力计和位移传感器，所述钢绞线两端分别连接模型管道和绞盘，钢绞线上设置轴力计和位移传感器，所述步进电机驱动绞盘。 10.根据权利要求9所述的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，其特征是，还包括数据采集器和计算机、温度传感器、孔压传感器，所述数据采集器连接轴力计和、位移传感器、温度传感器和孔压传感器，所述计算机连接数据采集器。 11.根据权利要求1所述的试验装置进行考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验的试验方法，其特征是，包括以下步骤：步骤一，准备试验所需土样：步骤101，在试验模型箱底部铺设排水层，在试验模型箱内壁涂抹硅脂，将模型管道预先放置于试验模型箱侧面的上活动槽板与下活动槽板形成的圆形通孔中，同时将搅拌好的试验黏土的泥浆倒入，打开排水阀；步骤102，静置一天后，抽干黏土顶层浮水，铺设土工布，并吊装放入顶部加载板，分级放置竖向堆载，同时调整活动螺栓使得上滑动支座与下滑动支座能够在黏土固结的同时向下运动，从而保证管道随着黏土固结一同运动，并保证上活动槽板和下活动槽板始终保证与模型管道紧紧闭合；步骤二，进行管道与黏土轴向摩擦试验：步骤201，黏土固结完毕后，将上活动槽板与下活动槽板打开，将温度传感器和孔压传感器插入黏土中；步骤202，打开温度控制系统，控制温度加载系统将模型管道温度提升至试验选定温度，通过数据采集器实时监测温度传感器与孔压传感器的数据变化；步骤203，待孔压消散后，调整步进电机的高度，与模型管道位于同一高度，安装步进电机与模型管道之间的位移传感器、轴力计以及钢绞线，开动步进电机驱动钢绞线拉动模型管道，同时采集试验过程位移传感器、轴力计和孔压传感器的数据；步骤204，试验结束后，卸除竖向堆载和顶部加载板，移除土工布，取土样进行单元强度试验，得到黏土的不排水抗剪强度，之后挖除黏土，完成整个试验；步骤三，重复步骤一至步骤二，进行常温对照试验，并在不同温度下进行多组试验，得到多组不同温度情况下的试验结果，绘制不同温度条件下位移与摩擦力的关系曲线；步骤四，总结不同温度下管道与黏土轴向摩擦试验结果，结合黏土室内单位试验结果，分析量化得到在不同温度条件下管道与黏土轴向摩擦力的变化规律，具体计算公式如下：黏土温度与不排水抗剪强度公式：管道与黏土轴向摩擦力计算公式： F＝αsuAL 将黏土温度与不排水抗剪强度公式、管道与黏土轴向摩擦力计算公式结合可得到，考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦力计算公式：式中，su为黏土实际温度下的不排水抗剪强度；su0为黏土常温下室内单元试验测得的不排水抗剪强度；T为管道周围黏土的平均温度；T0为室内温度；θ为温度相关系数，数值取0.15；F为管道与黏土轴向摩擦力；α为黏土强度发挥系数；A为模型管道截面积；L为模型管道与黏土接触区域的长度。
所属类别：	发明专利