(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210492826.9 (22)申请日 2022.05.07 (71)申请人 山东省水利科 学研究院 地址 250013 山东省济南市历下区历山路 125号 (72)发明人 贺芳丁　郭广军　朱振凯　路光旭　 李凯　刘炳新　董延朋　郑茂海　 李瑞婷　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 任欢 (51)Int.Cl. G01N 3/02(2006.01) G01N 3/08(2006.01) (54)发明名称 一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装 置及安装方法 (57)摘要 本发明公开了一种非饱和土中埋地管道稳 定性的试验装置及安装 方法， 解决了现有技术中 的问题， 具有的有益效果， 具体方案如下： 一种非 饱和土中埋地管道稳定性的试验装置， 包括支 架， 支架支撑反力梁； 可视化模型箱通过支架支 撑， 可视化模型箱内通入进排水管， 进排水管具 有渗水孔， 渗水孔外侧覆有渗水层， 可视化模型 箱内在渗水层的一侧填充有土体， 土体中埋设有 管道； 基质吸力调控单元， 基质吸力调控单元包 括连通的第一水箱和第二水箱， 第一水箱的高度 高于管道和第二水箱， 基质吸力测量件与第一水 箱连接以获取土体吸力； 加载单元， 加载单元包 括分别与管道连接的径向加载部件和轴向加载 部件； 数据采集单元， 数据采集单元包括颗粒捕 捉部件。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 114894604 A 2022.08.12 CN 114894604 A 1.一种非饱和土中埋 地管道稳定性的试验 装置， 其特 征在于， 包括： 支架， 支架支撑反力梁； 可视化模型箱， 可视化模型箱通过支架支撑， 可视化模型箱内通入进排水管， 进排水管 具有渗水孔， 渗水孔外侧覆有渗水层， 可视化模型箱内在渗水层的一侧填充有土体， 土体中 埋设有管道； 基质吸力调控单元， 基质吸力调控单元包括连通的第一水箱和第二水箱， 第一水箱 的 高度高于管道和第二水箱， 第二水箱的高度可调， 进排水管与第一水箱连接， 基质吸力测量 件与第一水箱连接以获取土体吸力； 加载单元， 加载单元包括分别与管道连接的径向加载部件和轴向加载部件， 径向加载 部件带动管道在径向设定范围内任意移动， 轴向加载部件带动管道在轴向移动； 数据采集单元， 数据采集单元包括颗粒捕捉部件， 颗粒捕捉部件位于可视化模型箱 的 外侧以获取加载 过程中土体中土 颗粒的位移。 2.根据权利要求1所述的一种非饱和土 中埋地管道稳定性的试验装置， 其特征在于， 所 述数据采集单元还包括基质吸力 分布测量部件、 管道位移测量部件和应力测 量部件， 基质 吸力分布测量部件埋设于土体中， 管道位移测 量部件获取管道径向和轴向的位移， 应力测 量部件获取 管道径向和轴向位移模式下的管道阻力； 数据采集单 元、 基质吸力调控单 元和加载单元分别与控制单 元连接。 3.根据权利要求2所述的一种非饱和土 中埋地管道稳定性的试验装置， 其特征在于， 所 述管道位移测量部件 包括定位及位移测量机构和轴向位移测量机构； 所述径向加载部件包括固定于所述反力梁的动力 机构， 动力 机构通过安装于所述支架 的第一滑轮与所述管道的一端可拆卸 连接， 且管道与定位及位移测量机构连接； 第一滑轮 相对于支 架可移动、 定位及位移测量机构相对于反力梁可移动； 所述轴向加载部件包括第二滑轮， 第二滑轮安装于支架， 动力机构通过第二滑轮与管 道的一端可拆卸连接 。 4.根据权利要求3所述的一种非饱和土 中埋地管道稳定性的试验装置， 其特征在于， 所 述轴向位移测 量机构包括位移传感器， 位移传感器通过所述支架支撑， 位移传感器的测量 端与所述管道连接； 所述定位及位移测量机构安装于反力梁以获取管道径向位移， 定位及位移测量机构的 测量端朝向管道的径向方向设置； 定位及位移测量机构为能实现位移测量的阻尼器。 5.根据权利要求3所述的一种非饱和土 中埋地管道稳定性的试验装置， 其特征在于， 所 述应力测量部件 包括拉力传感器和轮辐传感器， 拉力传感器连接管道和动力机构； 轮辐传感器安装于管道端部以获取轴向位移模式下管道阻力， 轮辐传感器与 所述动力 机构连接 。 6.根据权利要求2所述的一种非饱和土 中埋地管道稳定性的试验装置， 其特征在于， 所 述基质吸力分布测量部件为张力计。 7.根据权利要求2所述的一种非饱和土 中埋地管道稳定性的试验装置， 其特征在于， 所 述数据采集单 元还包括应变片， 应变片固定 于所述管道 表面以测量管道 径向应变。 8.根据权利要求1所述的一种非饱和土 中埋地管道稳定性的试验装置， 其特征在于， 所权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114894604 A 2述管道包括管路和安装于所述可视化模型箱的接头， 管路一端插入接头， 接头的一端设置 密封圈， 管路另一端通过固定轴与可视化模型箱连接， 管路能够相对于 接头和固定轴移动； 管道贴近可视化模型箱的侧壁设置 。 9.根据权利要求1所述的一种非饱和土 中埋地管道稳定性的试验装置， 其特征在于， 所 述第二水箱 放置于平台， 平台与升降机构连接， 升降机构固定于安装架， 安装架在竖直方向 设置刻度线以读取第二水箱的位移； 所述基质吸力测量件为U型水压计， U型水压计与水平读数管连接， 水平读数管与所述 可视化模型箱连通。 10.根据权利要求1 ‑9中任一项所述的一种非饱和土中埋地管道稳定性的试验装置的 安装方法， 其特 征在于， 包括如下内容： 通过支架支撑可视化模型箱， 在可视化模型箱内安装管道， 管道与加载单元连接， 进行 预加载试验； 拆除管道， 在可视化模型箱内安装进排水管， 进排水管通过水压计与第 一水箱连接， 第 一水箱与第二水箱连通； 在进排水管的一侧铺设渗水层， 在渗水层相对进排水管的另一侧填装土体至设定的第 一高度； 调整加载 单元的位置并再次安装管道； 继续装填土体至第二高度； 封闭可视化模型箱， 通过进排水管向可视化模型箱内注水， 水位没过填土 高度， 排出土 体内部气泡， 静置设定时间； 通过调整第二水箱的高度调整土体吸力大小至预设值， 通过水压计测量土体吸力大 小； 安装数据采集单 元， 并通过加载 单元进行加载 试验。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114894604 A 3