(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 202210612402.1 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 国家石油天然气管网集团有限公司 地址 100013 北京市朝阳区东土城路5号A 座6层08-10室 (72)发明人 王子　丁疆强　李德明　黄志强　 孙立升　雷飞　刘翼　 (74)专利代理 机构 苏州科权知识产权代理事务 所(普通合伙) 32561 专利代理师 杨文龙 (51)Int.Cl. G01N 3/12(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 3/04(2006.01) G01N 3/06(2006.01) (54)发明名称 一种沉降塌陷一体化的管土相互作用试验 装置及试验方法 (57)摘要 本发明涉及一种沉降塌陷一体化的管土相 互作用试验装置及试验方法， 包括试验模型箱、 支撑台、 试验土体、 试验 管道、 管道两端卡锁紧固 件、 地层沉降及塌陷模拟装置以及试验监测系 统； 地层沉降及塌陷模拟装置包括箱体活动底 板、 千斤顶、 弹簧式位移 计； 试验测试系统包括拉 绳式位移计、 应变片、 土压力盒、 数据采集仪。 将 试验模型箱搭建好并用千斤顶支撑好可活动钢 底板； 将试验土体全部装填至箱体内并压实； 土 体开挖， 在预设埋深处敷设并固定贴好位移计及 应变片的管道； 土压力盒的安装与土体回填； 通 过千斤顶实现试验土体的沉降或塌陷操作， 当管 道和土体变形数据基本稳定时， 保存数据。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 114993839 A 2022.09.02 CN 114993839 A 1.一种沉降塌陷一体化的管土相互作用试验装置， 包括试验模型箱(1)、 试验土体(2)、 试验管道(3)、 卡锁紧固件(4)、 千斤顶(6)、 弹簧式位移计(7)和活动钢底板(8)， 其特征在 于： 所述试验模 型箱(1)内部填充有 试验土体(2)， 所述试验模 型箱(1)侧壁固定连接有卡锁 紧固件(4)， 所述试验管道(3)穿过试验土体(2)和试验模型箱(1)延伸至试验模型箱(1)外 侧， 所述试验管道(3)两端通过卡锁紧固件(4)与试验模型箱(1)固定， 所述试验模型箱(1) 下部固定连接有活动钢底板(8)， 所述活动钢底板(8)位于试验模型箱(1)底部中段， 所述活 动钢底板(8)下端固定连接有用于带动活动钢底板(8)移动的千斤顶(6)， 所述千斤顶(6)关 于活动钢底板(8)的水平中心线对称分布， 所述活动钢底板(8)下端设置有用于监测土体沉 降量的弹簧式位移计(7)， 所述弹簧式位移计(7)位于活动钢底板(8)底部中段。 2.如权利要求1所述的沉降塌陷一体化的管土相互作用试验装置， 其特征在于： 所述试 验模型箱(1)下端设置有用于支撑试验模 型箱(1)的支撑台(5)， 所述试验模 型箱(1)内部包 括有用于观察内部情况的钢化玻璃板(10)和用于支撑保护的钢侧板(11)， 所述试验模 型箱 (1)前后两面采用钢化玻璃板(10)， 所述试验模型箱(1)底面及左右两侧面采用钢侧板 (11)。 3.如权利要求2所述的沉降塌陷一体化的管土相互作用试验装置， 其特征在于： 所述试 验模型箱(1)的前后侧钢化玻璃板(10)上设有用于测量土体敷设高度与监测土体位移的标 记点。 4.如权利要求1所述的沉降塌陷一体化的管土相互作用试验装置， 其特征在于： 所述试 验管道(3)外侧固定连接有用于监测监测管道应变的应变片(9)， 所述试验土体(2)内部设 置有用于监测土体压力的土压力盒(13)， 所述土压力盒(13)位于试验 管道(3)周围， 所述试 验模型箱(1)内部固定连接有用于监测监测管道位移的拉绳式位移计(12)， 所述试验土体 (2)内部设置有用于观测土层沉降情况的白色滑石粉。 5.如权利要求4所述的沉降塌陷一体化的管土相互作用试验装置， 其特征在于： 所述应 变片(9)在试验 管道(3)外侧设置有多组， 所述试验 管道(3)外侧外侧多组应变片(9)沿着试 验管道的轴线方向布置， 每组包括 三个， 贴在管道上部、 下部和一个侧部 。 6.如权利要求4所述的沉降塌陷一体化的管土相互作用试验装置， 其特征在于： 所述拉 绳式位移计(12)在试验模 型箱(1)内侧壁分布有多组， 所述试验模 型箱(1)外侧多个拉绳式 位移计(12)沿着试验管道(3)的轴线方向布置 。 7.如权利要求4所述的沉降塌陷一体化的管土相互作用试验装置， 其特征在于： 所述土 压力盒(13)在试验 管道(3)周围分布有多组， 所述试验 管道(3)周围多组土压力盒(13)沿着 试验管道(3)的轴线方向布置， 每组包括 三个， 埋设在管道上、 下、 侧面的土体中。 8.一种如权利要求1 ‑7任一所述的沉降塌陷一体化的管土相互作用试验装置的试验方 法， 其特征在于， 包括如下步骤： 步骤1： 按要求在试验管道(3)上标注出应变片(9)的布置位置， 同时标注好试验管道 (3)的变形沉降的测点位置， 贴上应变片(9)后， 调试静态电阻应变仪和程序， 以检查线路是 否畅通， 应 变片是否可以正常工作； 步骤2： 在 试验模型箱(1)两端开孔， 在开孔出安装卡锁紧固件(4)， 试验模型箱(1)中间 底板设置活动钢底板(8)， 活动钢底板(8)下方布置千斤顶(6)用于支撑活动钢底板(8)与实 现土体的下沉；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114993839 A 2步骤3： 在活动钢底板(8)下布置弹簧式位移计(7)以控制并监测土体下沉量， 在试验管 道(3)标记好的变形沉降位置处安装拉绳位移传感器以监测试验管道在试验中的沉降情 况， 位移传感器安装好之后连接 到数据采集仪， 检查线路是否畅通； 步骤4： 沉降试验时， 在试验模型箱(1)底部敷上一个柔性垫， 在柔性垫的上方分层均匀 敷设试验土体(2)， 塌陷试验不需要敷设柔性垫， 直接在活动钢板上方分层均匀敷设试验土 体(2)， 每层土体敷设好之后采用抹平铲抹平并拍打密实； 步骤： 将装填好的试验土体(2)开挖至试验管道(3)埋深处， 将贴好应变片(9)及位移计 的试验管道(3)安置于土体上方， 同时安装在试验管道周围埋设土压力盒(13)， 随后进 行沙 土回填， 静置、 压实； 步骤6： 通过降低千斤(6)顶高度实现土体下沉， 通过撤走千斤顶(6)及活动底板实现土 体塌陷， 同时进行 数据监测及采集， 直到管道和土体 变形基本稳定时， 保存数据。 9.如权利要求8所述的一种沉降塌陷一体化的管土相互作用试验装置的试验方法， 其 特征在于： 所述应变片(9)安装前进 行管道除锈以增强管体表面和应变片的结合力， 所述应 变片(9)牢固地粘贴在事先打磨好的管道 表面处， 且应 变片(9)做防水处 理。 10.如权利要求8所述一种沉降塌陷一体化的管土相互作用试验装置的试验方法， 其特 征在于： 所述步骤4试验前计算每阶段千斤顶(6)的下沉高度， 并制备对应长度的支撑用垫 块， 及时对沉降阶段中千斤顶(6)上的活动钢底板(8)进行支撑 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114993839 A 3