【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及管道技术以及灾害控制，具体涉及基于落石影响的埋地管道保护地表混凝土垫层参数设计方法、系统。
技术介绍
1、混凝土管道由于其较低的成本、施工的便捷性、出色的耐腐蚀性能及良好的密封性，得到了广泛应用。埋地管道作为管道系统的主要铺设方式,具有施工相对方便和不占用地面空间的优点，但意外的地面冲击会严重影响埋地管道的稳定性和运营安全。
2、目前防护措施可以分为主动防护和被动防护两大类型，主动防护侧重于防止落石灾害的发生，包括对危岩体的支撑、封填、布设主动防护网等；被动防护则侧重于落石发生后的防护，包括设置挡石墙和拦石网等进行落石拦截。李巧珍等基于显示动力学分析方法，建立了受球状落体冲击的埋地管道三维双重非线性动力响应分析模型，并探讨管道动力响应随不同影响因素的变化规律。王东源等对浅埋以及考虑崩塌落石冲击作用下油气管道的减荷、耗能缓冲问题进行研究，通过有限元动力学软件ansys/ls-dyna模拟不同厚度和初始密度状态下聚苯乙烯泡沫塑料垫层的耗能隔振效果。吴建利等研究了钢筋混凝土板与一定厚度的土颗粒缓冲层组合结构在落石作用下的冲击力衰减规律及钢筋混凝土板的破坏模式，开展了室外系列落石冲击试验。
3、关于落石冲击埋地管道方面的研究，大多数偏重于将管道视为一体的刚性结构，忽视管道之间的连接来讨论管道动力响应，这其实是一种简化的处理。但是，在实际工程中，无论是输气球墨铸铁管道还是混凝土输水管道，都存在法兰连接或者胶圈连接。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是：
2、为了解决以上技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
3、基于落石影响的埋地管道保护地表混凝土垫层参数设计方法，包括以下步骤：
4、s1、确定落石参数、管道参数、土体参数和混凝土垫层参数。
5、s2、构建落石冲击模型、埋地管道模型和垫层模型；埋地管道模型放置在原状土填充的沟槽内，垫层模型放置在埋地管道模型的上方，落石冲击模型放置在垫层模型的上方。
6、s3、利用数据测试装置采集落石的应变数据和速度、原状土层中土压力的变化以及埋地管道模型的应变。
7、s4、对步骤s3中采集到的数据进行分析，如果得到的分析结果超出预设的安全范围，控制系统自动启动应急预案；反之则保留该数据。
8、s5、采用控制变量法，改变垫层模型的参数，并保持其他的模型参数不变，重复步骤s3-s4，直到对垫层模型的所有参数完成分析则停止。
9、s6、对保留的数据进一步分析，得到应变和垫层模型的参数的关系，完成埋地管道的参数设计。
10、进一步的，步骤s1中，确定试验参数包括以下内容：
11、根据第一、第二相似理论准则进行参数设计，确定布置几何尺寸的几何相似比为l＝1，根据原型尺寸的1:1设计截面尺寸和埋深，重力加速度相似比cg＝1，容重相似比cγ＝1，密度相似比cr＝1；以几何相似比和容重相似比为基础的相似比，实现泊松比、摩擦角的全相似，根据原型土体弹性模量的相似比例为1设计弹性模量。
12、落石参数包括形状、质量、角度和释放高度，管道参数包括材质、直径、壁厚和埋深，土体参数包括土质类型、含水量和压实度。
13、进一步的，步骤s2中，构建模型包括以下内容：
14、采用现浇混凝土球构建落石冲击模型，采用4节混凝土管道通过企口式接口拼接得到埋地管道模型，采用混凝土浇筑得到垫层模型。
15、使用挖机挖取沟槽，将埋地管道模型放置在沟槽中，再采用挖机通过现场原状土进行回填，回填时埋地管道模型的一侧全部填埋，另一侧做放坡处理。
16、进一步的，步骤s3中，采集数据包括以下内容：
17、数据测试装置包括应变砖、土压力计、应变片和高速摄像机。
18、采用吊车将落石吊起至高空中并静置，开启数据测试装置后，等待脱钩指令，令落石定点降落。
19、当落石冲击模型中的落石下落冲击时，固定在落石冲击模型的钢筋笼内部的应变砖采集落石应变数据，粘贴在埋地管道模型内壁的应变片采集管道的动态应变，设置在埋地管道模型中线正上方距离地表设定距离处的土压力计采集土压力变化特征，设置在冲击点旁的高速摄像机记录落石在高空释放后的下落过程产生的图像，进而获取落石冲击的速度；其中，设定冲击点位于混凝土垫层中心。
20、进一步的，利用环氧树脂制作应变砖。
21、应变片包括环向应变片和轴向应变片，在埋地管道模型内壁设置5个应变片监测断面，分别为冲击点正下方和沿轴线一米处两个截面的顶部、腰部、底部位置以及距正中心冲击点沿轴线左右各3米处截面的顶部位置。
22、进一步的，步骤s4中，数据分析包括以下内容：
23、应变片通过四分之一的电桥连接到动态信号测试分析系统，将采集到的动态应变利用软件绘制成在相应管道截面下的应变时程曲线图，根据该曲线图分析应变值是否超过混凝土管道裂缝出现不稳定扩展时对应的极限拉应变值。
24、土压力计通过全桥连接到动态信号测试分析系统，将采集到的土压力变化特征与恒定系数k的乘积绘制成土压力时程曲线图，根据该曲线图分析土压力的变化趋势。
25、将高速摄像机获取的图像输入到图像分析系统中，基于在不同时刻落石所处位置的高度，得到冲击体坠落轨迹和冲击体触地速度。
26、应急预案包括暂停试验、调整落石投放参数和重新布置数据测试装置。
27、进一步的，步骤s5中，垫层模型的参数包括垫层的厚度和混凝土强度。
28、进一步的，步骤s6中，埋地管道的参数设计包括以下内容：
29、通过改变垫层模型的参数，得到在不同的落石冲击作用下对管道的保护效果。
30、设定混凝土管道的极限拉应变大小为安全阈值，得到管道峰值拉应变和垫层厚度的关系式，具体为：
31、
32、其中，εp为峰值拉应变，h为垫层的厚度，a、b、k均为相关系数。
33、管道峰值拉应变和垫层的混凝土强度的关系式为：
34、
35、其中，c为混凝土强度等级。
36、进一步的，本专利技术还提出了基于落石影响的埋地管道保护地表混凝土垫层参数设计系统，包括：
37、数据准备模块，用于确定试验所需的落石参数、管道参数、土体参数和不同混凝土垫层参数。
38、试验模型构建模块，用于构建落石冲击模型、埋地管道模型和垫层模型；埋地管道模型放置在原状土填充的沟槽内，垫层模型放置在埋地管道模型的上方，落石冲击模型放置在垫层模型的上方。
39、数据采集模块，用于利用数据测试装置采集模拟落石冲击模型中的落石应变数据和速度本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于落石影响的埋地管道保护地表混凝土垫层参数设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于落石影响的埋地管道保护地表混凝土垫层参数设计方法，其特征在于，步骤S1中，确定试验参数包括以下内容：
3.根据权利要求1所述的基于落石影响的埋地管道保护地表混凝土垫层参数设计方法，其特征在于，步骤S2中，构建模型包括以下内容：
4.根据权利要求3所述的基于落石影响的埋地管道保护地表混凝土垫层参数设计方法，其特征在于，混凝土球的直径为340mm，质量为50kg；混凝土管道(4)的内径为1500mm，外径为1800mm，长度为2000mm；沟槽的深为3.8m，长为9m，宽为2m；混凝土的尺寸为200cm*200cm*10cm。
5.根据权利要求1所述的基于落石影响的埋地管道保护地表混凝土垫层参数设计方法，其特征在于，步骤S3中，采集数据包括以下内容：
6.根据权利要求5所述的基于落石影响的埋地管道保护地表混凝土垫层参数设计方法，其特征在于，利用环氧树脂制作应变砖；
7.根据权利要求5所述的基于落石影响的埋地管
8.根据权利要求1所述的基于落石影响的埋地管道保护地表混凝土垫层参数设计方法，其特征在于，步骤S5中，垫层模型(2)的参数包括垫层的厚度和混凝土强度。
9.根据权利要求8所述的基于落石影响的埋地管道保护地表混凝土垫层参数设计方法，其特征在于，步骤S6中，埋地管道的参数设计包括以下内容：
10.应用于权利要求1所述的基于落石影响的埋地管道保护地表混凝土垫层参数设计方法的系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.基于落石影响的埋地管道保护地表混凝土垫层参数设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于落石影响的埋地管道保护地表混凝土垫层参数设计方法，其特征在于，步骤s1中，确定试验参数包括以下内容：
3.根据权利要求1所述的基于落石影响的埋地管道保护地表混凝土垫层参数设计方法，其特征在于，步骤s2中，构建模型包括以下内容：
4.根据权利要求3所述的基于落石影响的埋地管道保护地表混凝土垫层参数设计方法，其特征在于，混凝土球的直径为340mm，质量为50kg；混凝土管道(4)的内径为1500mm，外径为1800mm，长度为2000mm；沟槽的深为3.8m，长为9m，宽为2m；混凝土的尺寸为200cm*200cm*10cm。
5.根据权利要求1所述的基于落石影响的埋地管道保护地表混凝土垫层参数设...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋楠，谢先启，鲍楚岩，刘天豪，姚颖康，贾永胜，孙金山，陈国庆，张震，夏宇磬，何如，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。