CN108036914B - 一种地下油罐液化上浮的试验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地下油罐液化上浮的试验装置及方法，它解决了现有技术中地下油罐液化上浮试验效率较低、地下油罐液化上浮位移量与存油量的关系尚不明确的问题，能够有效的研究地震液化对地下油罐的上浮响应，能够得到地下油罐上浮位移与存油量的关系，能够实时的监测饱和土层中的超孔隙水压力和地下油罐的上浮位移；其技术方案为：包括可视化的模型箱，模型箱的内部填充饱和砂土，饱和砂土中设置油罐；模型箱的底部设有竖直加载系统，模型箱的两侧设有水平加载系统，由加载系统控制模型箱向水平、竖直方向振动，以模拟不同振动作用下油罐的上浮响应。

Description

一种地下油罐液化上浮的试验装置及方法
技术领域
本发明涉及地下工程抗震领域，尤其涉及一种地下油罐液化上浮的试验装置及方法。
背景技术
我国幅员辽阔，地质条件多样，广泛分布着可液化的饱和砂土和饱和粉土场地。在地震过程中饱和砂土和饱和粉土会发生地震液化，伴随有喷砂冒水的现象，同时会造成地表的沉陷和地下结构的上浮。地下油罐是一种典型的地下结构物，若油罐处于可液化土层内，当发生地震时，油罐会由于饱和土层的浮力而上浮，势必会造成原油泄漏、爆炸和火灾等灾害。
在《建筑抗震设计规范》GB50011等很多国家和行业标准中都规定了液化土层的判别方法，也提出了很多液化场地处理的方法。目前对于地震液化的研究方法有很多，有经验规范法、模型试验法和数值分析等方法，但仍存在以下问题：
(1)地震液化导致地下油罐上浮的机理尚不明确；
(2)地下油罐的液化上浮模型试验装置非常少；
(3)地下油罐液化上浮位移量与油罐存油量的关系尚不明确。
综上所述，现有技术中对于如何进行地下油罐液化上浮试验的问题，尚缺乏有效的解决方案。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种地下油罐液化上浮的试验装置及方法，能够有效的研究地震液化对地下油罐的上浮响应，能够得到地下油罐上浮位移与存油量的关系，能够实时的监测饱和土层中的超孔隙水压力和地下油罐的上浮位移。
本发明采用下述技术方案：
一种地下油罐液化上浮的试验装置，包括可视化的模型箱，模型箱的内部填充饱和砂土，饱和砂土中设置油罐；模型箱的底部设有竖直加载系统，模型箱的两侧设有水平加载系统，由加载系统控制模型箱向水平、竖直方向振动，模拟不同振动作用下油罐的上浮响应。
进一步的，所述油罐的上部设有注水管，注水管延伸至饱和砂土的外侧；通过注水管向油罐中注入不同体积的水来模拟不同存油量的工况。
进一步的，所述油罐中具有水位传感器，可实时测量油罐的存油量。
进一步的，所述油罐采用有机玻璃制成，注水管上设有阀门。
进一步的，所述模型箱放置于振动台的上部，振动台的底部连接竖直加载系统，振动台的两侧连接水平加载系统；模型箱的侧面底部设有出水口。
进一步的，所述饱和砂土中设置多个孔压传感器，油罐的顶部设置加速度传感器，油罐的两侧设有位移传感器。
进一步的，所述孔压传感器、加速度传感器和位移传感器通过数据线连接数据采集系统，用于实时监测试验数据。
地下油罐液化上浮的试验装置的试验方法，包括以下步骤：
步骤(1)清洗模型箱和油罐，调试、标定各传感器和数据采集系统，准备好水平方向和竖直方向的地震波加速度数据；
步骤(2)将模型箱固定在振动台上部，并将位移传感器、水位传感器和加速度传感器固定在油罐相应位置；
步骤(3)制备可液化的饱和砂土，并在设定深度处埋设孔压传感器；将油罐放入模型箱，油罐上部填覆的土层厚度为d，在油罐内分别注入1/4、1/2、3/4和满体积的油所等效体积的自来水，模拟不同的存油量工况；
步骤(4)将加速度传感器、孔压传感器、位移传感器的数据线与数据采集系统连接，并调试待用；
步骤(5)静置24小时；
步骤(6)启动数据采集系统和加载系统，加载水平或竖直地震波，或者加载水平+竖直地震波，进行地震动试验；
步骤(7)试验结束，关闭加载系统及数据采集系统，保存数据；
步骤(8)通过模型箱的出水口放水，清理试验现场；
步骤(9)对数据进行处理。
进一步的，所述步骤(3)中，首先向模型箱内加水，让水面达到设定高度，用砂雨法制备饱和砂土层，达到设定高度时，将油罐放入模型箱中，继续撒入砂土达到预定的高度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明能够实现水平地震、竖直地震、水平+竖直地震作用下地下油罐的上浮响应试验，能够进行上浮位移与存油量的关系试验，为液化场地中地下油罐的设计提供试验依据；且试验装置操作简单、方便，提高了试验效率；
(2)本发明的油罐上设有注水口，通过注水口加入不同体积的水，加入水的体积通过存油体积等效而来，能够模拟不同存油量时的试验，且不会造成危险、不会污染环境；
(3)本发明能够输入不同的地震波数据，获得不同液化程度下地下油罐的上浮试验；
(4)本发明通过孔压传感器记录试验过程中土层超孔压的发展过程，测试土层的液化情况；通过加速度传感器记录地下油罐的加速度响应及土层的加速度响应；并且在地下油罐上设有位移传感器，可以获得地震过程地下油罐的上浮位移时程曲线。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的主体部分结构示意图；
图2为本发明的俯视图；
其中，1-数据采集系统，2-振动台，3-底座，4-饱和砂土，5-油罐，6-位移传感器，7-注水口，8-加速度传感器，9-水位传感器，10-位移传感器，11-孔压传感器，12-模型箱，13-竖直加载系统，14-水平加载系统，15-吊环，16-有机玻璃，17-数据线。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在地下油罐液化上浮试验的装置较少、地下油罐液化上浮位移量与存油量的关系尚不明确的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种地下油罐液化上浮的试验装置及方法。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图2所示，提供了一种地下油罐液化上浮的试验装置，包括模型箱12、油罐5、振动台2、加载系统和数据采集系统1，模型箱12放置在振动台2的上部，振动台2连接加载系统。
所述模型箱12呈矩形，模型箱12的上部开口，底部设有底座3；模型箱12的底部或一侧靠下位置设置出水口；所述模型箱12的四个角上分别设置吊环15，方便吊装；所述模型箱12采用有机玻璃制成。
所述振动台2设于试验台的上部，振动台2的两侧连接水平加载系统14；振动台2的底部连接竖直加载系统13。
所述水平加载系统14和竖直加载系统13为现有振动加载系统，此处不再赘述。
所述模型箱12的内部填充饱和砂土4，饱和砂土4中放置油罐5以模拟地下油罐工况；饱和砂土4中不同深度分别设有孔压传感器11。
所述油罐5呈矩形，内部为空腔，所述油罐5的上部设有注水管，注水管延伸至饱和砂土4的外侧；注水管上设有阀门，注水管的顶部为注水口7；通过注水口7向油罐5中注入不同体积的水以模拟不同存油量的工况。
所述油罐5为有机玻璃制成。
所述油罐5中具有水位传感器9，能够实时测量油罐5的存油量；油罐5的上部具有加速度传感器8，油罐5顶部的两端分别设有位移传感器10。
通过孔压传感器11记录试验过程中土层超孔压的发展过程，测试土层的液化情况；通过加速度传感器8记录油罐5的加速度响应及土层的加速度响应；并且在油罐5上设有位移传感器6，可以获得地震过程地下油罐的上浮位移时程曲线。
所述孔压传感器11、加速度传感器8和位移传感器10通过数据线17连接数据采集系统1，各传感器将采集到的实时数据传输至数据采集系统1。
地下油罐液化上浮的试验装置的试验方法，包括以下步骤：
步骤(1)清洗模型箱12和油罐5，调试、标定各传感器和数据采集系统1，准备好水平方向和竖直方向的地震波加速度数据；
步骤(2)将模型箱12固定在振动台2上部，并将位移传感器10、水位传感器9和加速度传感器8固定在油罐5相应位置；
步骤(3)制备可液化的饱和砂土4，并在设定深度处埋设孔压传感器11；向模型箱12内加水，让水面达到设定高度，用砂雨法制备饱和砂土层，达到设定高度时，将油罐5放入模型箱12中，继续撒入砂土达到预定的高度；
油罐5上部填覆的土层厚度为d，由于油的密度大于水的密度，在油罐5内分别注入1/4、1/2、3/4和满体积的油所等效体积的自来水，模拟不同的存油量工况；
步骤(4)将加速度传感器8、孔压传感器11、位移传感器10的数据线与数据采集系统1连接，并调试待用；
步骤(5)静置24小时；
步骤(6)启动数据采集系统1和加载系统，加载水平地震波或地震波，或者水平+竖直地震波，进行地震动试验；
步骤(7)试验结束，关闭加载系统及数据采集系统1，保存数据；
步骤(8)通过模型箱12的出水口放水，清理试验现场；
步骤(9)对数据进行处理。
本申请的地下油罐液化上浮模型，能够实现水平地震、竖直地震或水平和竖直地震作用下地下油罐的上浮响应试验，能够进行上浮位移与存油量的关系试验，为液化场地中地下油罐的设计提供试验依据。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种地下油罐液化上浮的试验装置，其特征在于，包括可视化的模型箱，模型箱的内部填充饱和砂土，饱和砂土中设置油罐；模型箱的底部设有竖直加载系统，模型箱的两侧设有水平加载系统，由加载系统控制模型箱向水平、竖直方向振动，以模拟不同振动作用下油罐的上浮响应；
所述油罐的上部设有注水管，注水管延伸至饱和砂土的外侧；通过注水管向油罐中注入不同体积的水以模拟不同存油量的工况。
2.根据权利要求1所述的一种地下油罐液化上浮的试验装置，其特征在于，所述油罐中具有水位传感器，可实时测量油罐的存油量。
3.根据权利要求1所述的一种地下油罐液化上浮的试验装置，其特征在于，所述油罐采用有机玻璃制成，注水管上设有阀门。
4.根据权利要求1所述的一种地下油罐液化上浮的试验装置，其特征在于，所述模型箱放置于振动台的上部，振动台的底部连接竖直加载系统，振动台的两侧连接水平加载系统；模型箱的侧面底部设有出水口。
5.根据权利要求1所述的一种地下油罐液化上浮的试验装置，其特征在于，所述饱和砂土中设置多个孔压传感器，油罐的顶部设置加速度传感器，油罐的两侧设有位移传感器。
6.根据权利要求5所述的一种地下油罐液化上浮的试验装置，其特征在于，所述孔压传感器、加速度传感器和位移传感器通过数据线连接数据采集系统。
7.根据权利要求1-6任一所述的地下油罐液化上浮的试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)清洗模型箱和油罐，调试、标定各传感器和数据采集系统，准备好水平方向和竖直方向的地震波加速度数据；
步骤(2)将模型箱固定在振动台上部，并将位移传感器、水位传感器和加速度传感器固定在油罐相应位置；
步骤(3)制备可液化的饱和砂土，并在设定深度处埋设孔压传感器；将油罐放入模型箱，油罐上部填覆的土层厚度为d，在油罐内分别注入1/4、1/2、3/4和满体积的油所等效体积的自来水，模拟不同的存油量工况；
步骤(4)将加速度传感器、孔压传感器、位移传感器的数据线与数据采集系统连接，并调试待用；
步骤(5)静置24小时；
步骤(6)启动数据采集系统和加载系统，加载水平或垂直地震波，或者加载水平+竖直地震波，进行地震动试验；
步骤(7)试验结束，关闭加载系统及数据采集系统，保存数据；
步骤(8)通过模型箱的出水口放水，清理试验现场；
步骤(9)对数据进行处理。
8.根据权利要求7所述的地下油罐液化上浮的试验装置的试验方法，其特征在于，所述步骤(3)中，首先向模型箱内加水，让水面达到设定高度，用砂雨法制备饱和砂土层，达到设定高度时，将油罐放入模型箱中，继续撒入砂土达到预定的高度。
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