CN115165242B - 用于模拟埋地管道往复渗漏诱发地陷的离心试验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于模拟埋地管道往复渗漏诱发地陷的离心试验装置和方法，属于土木工程领域。主体结构包括前侧有透明视窗的箱体，内部由仓室分隔板、受损管道模型、管外水位控制透水板、水砂分离装置等组成。装置前部分隔为用于填筑模型土体的试验土料仓和两侧的渗流仓；装置后部分隔为土料过滤仓和两侧的水循环补给仓。受损管道模型前端安装电机推杆，用于控制管道受损缺口开闭，后部安装球阀装置并与水泵连接。本发明利用土工离心模型试验在Ng超重力场的缩尺和缩时效应，采用球阀装置实现管内水外渗与管外水内渗的往复渗漏水力条件，利用电机推杆控制破损缺口大小，能够再现真实应力水平下埋地管道受损诱发地面塌陷的演变过程。

Description

用于模拟埋地管道往复渗漏诱发地陷的离心试验装置和方法

技术领域

本发明属于土木工程领域，尤其涉及一种用于模拟埋地管道往复渗漏诱发地陷的离心试验装置和方法。

背景技术

随着我国城市化率不断提高，雨污水管道、通讯管道等埋地管线是保证城市功能的重要基础设施。由于超期服役、制造缺陷、施工扰动等原因，埋地管道在管壁、管道接口等处极易发生破损。在水力条件丰沛地区，如高地下水位地区、雨季降水量较大地区，由于管外水流内渗作用，地基土体通过受损管道流失。降水量较大时，管内出现满管流导致水流外渗加剧了土体劣化。随着外渗、内渗的往复渗漏作用，地基土中渗流侵蚀不断发展，土体力学性能劣化，在外部荷载作用下会发生地基失稳塌陷等严重后果。这类灾害具有隐蔽性、突发性等特点，在城市地区较为多发，特别是人口居住集中的地区、地下管网发达的工业区等地区。一旦发生此类灾害不仅会导致极大的生命财产损失，还会造成较大的社会舆情。埋地管道破损引发的地面塌陷灾害隐蔽性强、后果严重，且随着管道的长期服役，其损伤率提高，灾害发生风险也日益增大。埋地管道破损诱发地面塌陷灾害的过程与传统地基失稳机制存在较大差异，而与土体渗流侵蚀紧密相关，目前对于这一破环机理的相关研究不足，缺乏有效的防控手段。

在科学研究领域，物理模拟试验是发现事物客观性质、揭示事物发展规律的重要手段。而利用超重力技术能够达到缩尺、缩时和还原真实应力状态的相关目的。因此使用离心机提供超重力，对往复渗漏下埋地管道破损诱发地陷相关问题进行研究，能够揭示地面塌陷过程中的孔隙水压力及地面变形演变规律。目前未见有利用超重力手段进行试验模拟往复渗漏下受损埋地管道诱发地面塌陷的离心模型试验装置。

发明内容

本发明旨在提出一种能够再现真实应力水平作用下，受损埋地管道在往复渗漏条件下地面塌陷触发及演变过程的超重力离心模型试验装置和方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明提供了一种用于模拟埋地管道往复渗漏诱发地陷的离心试验装置，包括模型箱箱体、受损管道模型、伺服控制系统和监测传感系统，所述的模型箱体内由仓室分隔板分隔为前部和后部，仓室分隔板上设有用于固定受损管道模型的安装孔；

所述模型箱体内的前部设有试验土料仓及其两侧的渗流仓，位于试验土料仓内的受损管道模型前端位置设有大小可调的破损缺口；所述模型箱体内的后部设有土料过滤仓及其两侧的水循环补给仓，位于土料过滤仓内的受损管道模型后端位置设有进出水控制装置，所述的进出水控制装置的下方设有水砂分离装置；所述的仓室分隔板上设有连通渗流仓和水循环补给仓的水位限定孔；

所述的伺服控制系统用于控制受损管道模型的破损缺口大小和内外水位；所述的监测传感系统用于实时测量试验土料仓的土压、水压和土表面位移，以及土料过滤仓的水砂分离装置应变情况。

进一步地，所述的受损管道模型包括管道主体、管道前端封盖、管道后端封盖和电动推杆组件；所述的管道主体通过法兰盘固定在仓室分隔板的安装孔内，所述的管道前端封盖、管道后端封盖分别用于封闭管道主体的前后两端，破损缺口位于管道主体上的靠近管道前端封盖的位置；所述的电动推杆组件安装在管道前端封盖的内侧，通过电动推杆端部的橡胶塞调节破损缺口的大小。

进一步地，所述的进出水控制装置采用球阀装置，所述的球阀装置安装在管道后端封盖上，用于切换受损管道模型进水与排水。

进一步地，所述的土料过滤仓及其两侧的水循环补给仓通过一对挡板隔开，挡板的底部设有连通土料过滤仓和水循环补给仓的孔洞；所述的水砂分离装置通过挡板固定在土料过滤仓内，位于受损管道模型的下方。

进一步地，所述的水砂分离装置为一层或多层过滤板。

进一步地，所述的水循环补给仓内安装有潜水泵，所述的潜水泵通过可控的出水管道分别连接受损管道模型的进出水控制装置以及渗流仓。

进一步地，所述的监测传感系统包括应变监测组件、孔压传感器、土压传感器、激光位移传感装置和高速相机组件；

所述的孔压传感器和土压传感器以线列方式分层埋设在试验土料仓的土体内；激光位移传感装置以线列方式安装在试验土料仓上方，用于测量试验土料仓内的土表面位移；所述的应变监测组件布设在水砂分离装置上，用于测量水砂分离装置应变情况；所述的高速相机组件安装在箱体前板的可视窗处。

进一步地，所述的伺服控制系统包括伺服控制器和若干个伺服动作器，每一个伺服动作器分别用于实现水循环补给仓的循环水量与流向调节、进出水控制装置的进水与排水功能切换、以及受损管道模型的破损缺口大小调节。

本发明的有益效果：

1.本发明通过潜水泵、水压计及伺服控制系统组成水泵及伺服控制系统，并联合水循环补给仓、透水板和球阀装置实现试验装置水流循环使用，并能够实时、分别调节管内外水位高度。

2.本发明独创性提出超重力条件下土体往复渗漏模拟技术，依据超重力试验经验反映真实情况下，破损埋地管道在不同季节、不同地域下的真实应力状态和真实水力条件，实现了土工离心埋地管道模型往复渗漏技术。

3.本发明独创性提出超重力状态下土颗粒逃逸的实时监测技术，依据力学原理设置分选水土混合物的土料过滤仓，并在过滤板上设置应变检测组件，能准确得到反映土颗粒逃逸情况的实时检测曲线。

4.本发明通过设置高速相机通过透明视窗拍摄试验过程，结合图像测速技术(PIV)对管道破损条件下土体状态进行定量分析，能够准确反应试验土料仓内土体变形趋势。

5.本发明通过埋设孔压传感器实现动态测量地基土内部孔隙水压力演变，以辅助矫正水循环系统的工作。利用激光位移传感器实现了对地基土表面变形进行监测，可以通过孔压传感器、激光位移传感器数据联合分析得到土体孔压-位移关系。

6.本发明可实现灵活模拟受损管道破损口，其尺寸、方向均可通过改变管道与仓室分隔板的连接角度进行调整，适用的试验范围范围广。所有水循环与土颗粒迁移都发生在模型箱内部，与外界没有质量交流，不会产生质量、形心等物理参数的较大变化，对土工离心机工作状态影响较小，使得本设计稳定性、准确性更具优势。

综上，本发明基于超重力模型试验，通过离心装置提供超重力能够还原真实应力状态下的地基土在水力条件变化的情况下内部侵蚀和失稳过程，为揭示破损管道诱发地基塌陷问题中，土体变形及孔隙水压力等变化趋势相关问题提供分析方法和试验支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的试验装置整体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的试验装置俯视图；

图3是本发明实施例提供的试验装置后侧示意图(隐去背板)；

图4是模拟受损的管道示意图；

图5是本发明实施例提供的试验装置前侧示意图(隐去箱体前板和高速相机组件)；

图6是本发明实施例提供的激光位移传感装置示意图；

图7是本发明实施例提供的球阀装置示意图；

图8是本发明实施例提供的过滤板及应变检测组件示意图；

图9是本发明实例提供的工作原理图；

图中：1-模型箱箱体、101-箱体前板、1011-可视窗、102-箱体左侧板、103-箱体右侧板、104-箱体背板、105-箱体底板、106-固定夹板；2-受损管道模型、201-管道主体、202-破损缺口、203-管道前端封盖、204-管道后端封盖、205-球阀装置、206-电动推杆组件、207-法兰盘、207-橡胶塞；301-应变监测组件、302-孔压传感器、303-土压传感器、304-激光位移传感装置、3041-激光位移传感器连接杆、3042-激光位移传感器、305-高速相机组件；4-仓室分隔板、401-水位限定孔；5-透水板；6-挡板；7-过滤板；8-试验土料仓；9-渗流仓；10-土料过滤仓；11-水循环补给仓；12-潜水泵。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

利用超重力技术能够达到缩尺、缩时和还原真实应力状态的相关目的。本发明中，使用离心机提供超重力，对往复渗漏状态下埋地管道破损诱发地陷相关问题进行研究，能够揭示地面塌陷过程中的孔隙水压力及地面变形演变规律。目前未见有利用超重力手段进行试验模拟往复渗漏状态下受损埋地管道诱发地面塌陷的离心模型试验装置。本实施例能较好地实现上述目标，以下结合附图详细说明。

如图1和2所示，本实施例提供的一种用于模拟埋地管道往复渗漏诱发地陷的离心试验装置，包括模型箱箱体1、受损管道模型2、伺服控制系统和监测传感系统，所述的模型箱体内由仓室分隔板4分隔为前部和后部，仓室分隔板4上设有用于固定受损管道模型的安装孔。

本实施例中，模型箱箱体1包括带有可视窗1011的箱体前板101、箱体背板104、箱体右侧板103、箱体左侧板102及箱体底板105，这五部分构成模型箱箱体，均由钢结构制成且应能保证模型箱变形和强度适应Ng重力加速度以及承载试验模型的要求，所述模型箱体可安装在离心机吊篮上；此外，在模型箱箱体1上设置固定夹板106，用来固定模型箱箱体与内部结构。在可视窗1011外部安装高速相机组件305，可实时拍摄试验过程，高速相机组件305的结构由用于补光的灯带、用于拍摄的高速相机及安装套件构成。

模型箱箱体内部结构由仓室分隔板4、一对透水板5、以及一对挡板6组成，各个板材间采用螺栓连接，以方便试验调整。其中，所述的仓室分隔板4将模型箱箱体内部分隔为前部和后部，仓室分隔板4上设有用于固定受损管道模型的安装孔；模型箱箱体内的前部由一对透水板5分隔为试验土料仓8及其两侧的渗流仓9，透水板可消除水流对土体的冲刷作用，减少水流从渗流仓进入试验土料仓的边界效应，可以很好的反应真实情况下地下水内渗状态；模型箱箱体内的后部由一对挡板6分隔为土料过滤仓10及其两侧的水循环补给仓11，挡板的底部设有连通土料过滤仓10和水循环补给仓11的孔洞，仓室分隔板4上设有连通渗流仓9和水循环补给仓11的水位限定孔401。

如图3所示，两侧的水循环补给仓内安装有潜水泵12，所述的潜水泵12通过可控的出水管道分别连接受损管道模型的进出水控制装置以及渗流仓9，可通过水位限定孔401的高度来调节渗流仓水位，实现控制管外水位的目的。水位限定孔的高度调节可以采用现有技术实现，例如，可设置不同高度的可启闭的水位限定孔，所述的进出水控制装置可采用球阀装置205实现，所述的球阀装置安装在管道后端封盖204上，用于切换受损管道模型2进水与排水。

所述的土料过滤仓内设有水砂分离装置，用于对模拟受损管道流出的水土混合物进行分级过滤，其目的是水砂分离，土颗粒会被过滤板组阻拦而水流可以自由穿过，使流失的土颗粒被过滤板组分级收集且过滤后的水满足潜水泵进水水质的要求，方便对颗粒逃逸行为进行分析，所述的水砂分离装置可以通过两侧挡板上的预设插孔固定。

如图4中的(a)-(c)所示，受损管道模型由管道主体201、管道前端封盖203、管道后端封盖204及电动推杆组件206组成，其中管道主体201通过法兰盘207和螺栓与仓室分隔板4连接，管道主体的前部位于试验土料仓8内，后部位于土料过滤仓10内；所述的管道主体201上设有破损缺口202，破损缺口202布置在接近透明可视窗一侧，渗流路径仅可通过破损缺口。本领域技术人员可根据实际需要更换不同尺寸、刚度等形式的受损管道模型。

所述的电动推杆组件可以通过螺栓安装在管道前端封盖上，其推杆顶管覆盖高密度橡胶塞207以达到挤压防水的效果。本实施例中，破损缺口202的方向可通过改变模拟受损管道主体的安装角度来实现，破损缺口202的大小和形状可通过改变电动推杆端部的橡胶塞207对破损缺口202的挤压力来实现。例如，由于受损管道模型与仓室分隔板可拆卸连接，将管道主体201沿管道轴向旋转一定角度后再安装在仓室分隔板4上，破损缺口202的方向即可随着管道主体201的转动而转动，实现调整受损管道模型2前端的破损缺口202方向的目的；通过电动推杆端部的橡胶塞207对破损缺口202的挤压力，调整受损管道模型2前端的破损缺口202大小，在完全挤压情况下，破损缺口202被完全阻断，当逐渐减低挤压力情况下，橡胶塞207与破损缺口202的逐渐脱开，进而实现破损缺口202的大小和形状的调整，可模拟不同的工况，保证了在不改变过多设备的基础上，试验形式的可修改性。

如图5所示，位于中间区域的试验土料仓及其两侧的渗流仓由一对透水板隔开；受损管道模型的前端位于试验土料仓中，在试验时受试土样填充其中，填充高度可根据试验确定。本实施例中，一对透水板对称设置，其材质为合金钢制多孔透水板，可以避免水循环时对试验土料仓产生不必要的冲刷。同时，通过设置连通渗透仓与水循环补给仓的水位限定孔来限制试验时的最高水位。土压传感器303和孔压传感器302以线列的方式排布在土体内，其中，土压传感器303用于监测试验过程中的试验土料仓的土压力，孔压传感器302用于实时监测试验土料仓内部孔隙水压力的演变。

在本发明的一项具体实施中，在所述的试验土料仓8上方还设有用于实时测量土表面位移的激光位移传感装置304，如图6所示，所述的激光位移传感装置304包括激光位移传感器连接杆3041和激光位移传感器3042，所述的激光位移传感器3042以线列方式安装在激光位移传感器连接杆3041上。如图2所示，所述的激光位移传感器连接杆3041通过螺孔安装在箱体右侧板和箱体左侧板上部。

在本发明的一项具体实施中，如图7所示，球阀装置205通过转动可以控制受损管给排水条件，以达到控制管内水位的目的。图示箭头为水流方向，图7中的(a)为潜水泵向管内供水，图7中的(b)为破损管道自由排水。

在本发明的一项具体实施中，所述的土料过滤仓10中的水砂分离装置采取多级过滤的形式，以保证从受损管中流回的水土混合物被充分收集，土颗粒将被用于试验后分析，过滤后的水满足潜水泵对输水水质的工作要求；如图8所示，本实施例中，水砂分离装置采用漏孔半径不同的双层过滤板7实现，将一对图8所示的过滤板直接插进其两侧挡板的预留槽位中，应变监测组件301布设在每一层过滤板上，用于实时监测过滤板的应变。水土混合物依次通过两块漏孔半径不同的过滤板，粒径大于漏孔直径将被阻拦在过滤板上，不同粒径的土颗粒被分别阻拦在两块过滤板上，受阻土颗粒在超重力作用下会使过滤板产生应变。应变监测组件被预先安装在过滤板上，用于实时监测过滤板的应变，其应变可以通过力学方法计算得出应力大小，实时应力变化可以对土颗粒逃逸行为进行准确描述。

如图9所示，上述的应变监测组件301、孔压传感器302、土压传感器303、激光位移传感装置304、高速相机组件305构成了监测传感系统；其中，通过在所述的激光位移传感器连接杆上设置的激光位移传感器实现了对地基土表面变形的实时监测；孔压传感器302和土压传感器303用于监测试验土料仓的实时水位和土压力，根据水位信息控制潜水泵的循环水流量；布设在水砂分离装置上的应变监测组件301用于测量水砂分离装置应变情况；安装在箱体前板的可视窗1011处的高速相机组件305用于实时拍摄试验过程。

本发明的一项具体实施中，监测传感系统测得的数据被数据采集中心获取后，通过伺服控制系统来实现对受损管道模型的破损缺口大小和内外水位的控制。本实施例采用的伺服控制系统由中央处理设备、伺服动作器控制单元、远程控制器和伺服控制器构成，所述的中央处理设备获取数据采集中心的数据后，经中央处理设备进行处理并反馈动作指令，该指令可由伺服动作器控制单元通过远程控制器传输至本地的伺服控制器，在本地装置中设置三个伺服动作器分别用于实现水循环补给仓的循环水量与流向调节、进出水控制装置的进水与排水功能切换、以及受损管道模型的破损缺口大小调节。例如，通过伺服动作器1控制潜水泵的功率，使得潜水泵以一定的速度完成水循环来控制渗流仓水位，以达到实时控制管外水位的效果。通过伺服动作器2控制球阀转动，改变受损管排水条件，并同时控制潜水泵通过球阀装置向模拟受损管道内部供水，以实现管内水位满管流的试验模拟。通过伺服动作器3控制通过电动推杆端部的橡胶塞对破损缺口的挤压力，以改变打开破损缺口的大小。

本发明的一项具体实施中，潜水泵应满足Ng重力加速度下自身工作效率达到所需水循环速度的要求。箱体前板的可视窗由透光率≥85％的有机玻璃制成，能够抵抗超重力下的土体侧压力，并满足清晰度的要求。高速摄像机组件该组件应满足超重力下稳定、清晰的拍摄要求。激光位移传感器应能在超重力状态下保证监测精度，连接杆不出现过大变形导致监测系统误差加大。此外，模型箱箱体与内部结构之间应施作防水措施，所有的螺栓连接位置与板材接缝处亦应施作防水措施，具体的，所选用的防水措施应能满足模型箱变形和强度适应Ng重力加速度以及隔断各个仓室的要求。

本发明的一项具体实施中，利用上述离心模型试验装置进行模拟受损埋地管道往复渗漏诱发地面塌陷的过程包括：

准备阶段：在装置的试验土料仓8内填筑模型土体，在水循环补给仓11内注入循环水；

模拟试验阶段：包括交替执行的管外水内渗模拟和管内水外渗模拟；

在进行管外水内渗模拟过程中，将受损管道模型2的出水控制装置切换为排水位，控制水循环补给仓11向渗流仓9供水，通过调节仓室分隔板上的水位限定孔401的高度来稳定控制管外水位；渗流仓9内的水浸入试验土料仓8的土体，水土混合物由从受损管道模型2前端的破损缺口202流入受损管道模型2，之后从损管道模型2后端排出，经土料过滤仓10中的水砂分离装置过滤净化后的水进入水循环补给仓11，实现水流循环；在该模拟过程中，实时监测试验土料仓8的土压、水压和土表面位移，以及土料过滤仓10的水砂分离装置应变情况，根据应变情况得到土颗粒实时流失量；

在进行管内水外渗模拟过程中，将受损管道模型2的出水控制装置切换为进水位，控制水循环补给仓11向受损管道模型2供水，受损管道模型2内的水从前端的破损缺口202流入试验土料仓8的土体，并渗透至试验土料仓8两侧的渗流仓9，通过调节仓室分隔板上的水位限定孔401的高度来稳定控制管外水位，当管外水位达到水位限定孔401的高度时，渗流仓9内的水回流至水循环补给仓11，实现水流循环；在该模拟过程中，实时监测试验土料仓8的土压、水压和土表面位移。

在本发明的一项具体实施中，在准备阶段，通过改变受损管道模型2与仓室分隔板4的连接角度，从而实现调整受损管道模型2前端的破损缺口202方向的目的；在模拟试验阶段，通过电动推杆端部的橡胶塞207对破损缺口202的挤压力，调整受损管道模型2前端的破损缺口202大小，具体为：

模拟正常服役工况时，控制电动推杆带动端部的橡胶塞207伸出，使橡胶塞207与破损缺口202紧密接触，使破损缺口202被完全阻断；

模拟存在破损口损伤工况时，控制电动推杆带动端部的橡胶塞207回缩，通过回缩量控制橡胶塞207与破损缺口202的脱开程度，从而实现调节破损缺口202大小的目的。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于模拟埋地管道往复渗漏诱发地陷的离心试验装置，其特征在于，包括模型箱体（1）、受损管道模型（2）、伺服控制系统和监测传感系统，所述的模型箱体内由仓室分隔板（4）分隔为前部和后部，仓室分隔板（4）上设有用于固定受损管道模型的安装孔；

所述模型箱体内的前部设有试验土料仓（8）及其两侧的渗流仓（9），位于试验土料仓内的受损管道模型前端位置设有大小可调的破损缺口（202）；所述模型箱体内的后部设有土料过滤仓（10）及其两侧的水循环补给仓（11），位于土料过滤仓内的受损管道模型后端位置设有进出水控制装置，所述的进出水控制装置的下方设有水砂分离装置；所述的仓室分隔板（4）上设有连通渗流仓（9）和水循环补给仓（11）的水位限定孔（401）；

所述的伺服控制系统用于控制受损管道模型的破损缺口大小和内外水位；所述的监测传感系统用于实时测量试验土料仓（8）的土压、水压和土表面位移，以及土料过滤仓（10）的水砂分离装置应变情况；

所述的受损管道模型（2）包括管道主体（201）、管道前端封盖（203）、管道后端封盖（204）和电动推杆组件（206）；所述的管道主体（201）通过法兰盘（207）固定在仓室分隔板（4）的安装孔内，所述的管道前端封盖（203）、管道后端封盖（204）分别用于封闭管道主体（201）的前后两端，破损缺口（202）位于管道主体（201）上的靠近管道前端封盖（203）的位置；所述的电动推杆组件（206）安装在管道前端封盖（203）的内侧，通过电动推杆端部的橡胶塞调节破损缺口（202）的大小；

所述的土料过滤仓（10）及其两侧的水循环补给仓（11）通过一对挡板（6）隔开，挡板的底部设有连通土料过滤仓（10）和水循环补给仓（11）的孔洞；所述的水砂分离装置通过挡板固定在土料过滤仓（10）内，位于受损管道模型（2）的下方。

2.根据权利要求1所述的用于模拟埋地管道往复渗漏诱发地陷的离心试验装置，其特征在于，所述的进出水控制装置采用球阀装置，所述的球阀装置安装在管道后端封盖（204）上，用于切换受损管道模型（2）进水与排水。

3.根据权利要求1所述的用于模拟埋地管道往复渗漏诱发地陷的离心试验装置，其特征在于，所述的水砂分离装置为一层或多层过滤板（7）。

4.根据权利要求1所述的用于模拟埋地管道往复渗漏诱发地陷的离心试验装置，其特征在于，所述的水循环补给仓（11）内安装有潜水泵（12），所述的潜水泵（12）通过可控的出水管道分别连接受损管道模型的进出水控制装置以及渗流仓（9）。

5.根据权利要求1所述的用于模拟埋地管道往复渗漏诱发地陷的离心试验装置，其特征在于，所述的监测传感系统包括应变监测组件（301）、孔压传感器（302）、土压传感器（303）、激光位移传感装置（304）和高速相机组件（305）；

所述的孔压传感器（302）和土压传感器（303）以线列方式分层埋设在试验土料仓（8）的土体内；激光位移传感装置（304）以线列方式安装在试验土料仓（8）上方，用于测量试验土料仓（8）内的土表面位移；所述的应变监测组件（301）布设在水砂分离装置上，用于测量水砂分离装置应变情况；所述的高速相机组件（305）安装在箱体前板的可视窗（1011）处。

6.根据权利要求1所述的用于模拟埋地管道往复渗漏诱发地陷的离心试验装置，其特征在于，所述的伺服控制系统包括伺服控制器和若干个伺服动作器，每一个伺服动作器分别用于实现水循环补给仓（11）的循环水量与流向调节、进出水控制装置的进水与排水功能切换、以及受损管道模型的破损缺口（202）大小调节。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述的用于模拟埋地管道往复渗漏诱发地陷的离心试验装置的试验方法，其特征在于，包括：

准备阶段：在装置的试验土料仓（8）内填筑模型土体，在水循环补给仓（11）内注入循环水；

模拟试验阶段：包括交替执行的管外水内渗模拟和管内水外渗模拟；

在进行管外水内渗模拟过程中，将受损管道模型（2）的进出水控制装置切换为排水位，控制水循环补给仓（11）向渗流仓（9）供水，通过调节仓室分隔板上的水位限定孔（401）的高度来稳定控制管外水位；渗流仓（9）内的水浸入试验土料仓（8）的土体，水土混合物由从受损管道模型（2）前端的破损缺口（202）流入受损管道模型（2），之后从受损管道模型（2）后端排出，经土料过滤仓（10）中的水砂分离装置过滤净化后的水进入水循环补给仓（11），实现水流循环；在该模拟过程中，实时监测试验土料仓（8）的土压、水压和土表面位移，以及土料过滤仓（10）的水砂分离装置应变情况，根据应变情况得到土颗粒实时流失量；

在进行管内水外渗模拟过程中，将受损管道模型（2）的进出水控制装置切换为进水位，控制水循环补给仓（11）向受损管道模型（2）供水，受损管道模型（2）内的水从前端的破损缺口（202）流入试验土料仓（8）的土体，并渗透至试验土料仓（8）两侧的渗流仓（9），通过调节仓室分隔板上的水位限定孔（401）的高度来稳定控制管外水位，当管外水位达到水位限定孔（401）的高度时，渗流仓（9）内的水回流至水循环补给仓（11），实现水流循环；在该模拟过程中，实时监测试验土料仓（8）的土压、水压和土表面位移。

8.根据权利要求7所述的用于模拟埋地管道往复渗漏诱发地陷的离心试验装置的试验方法，其特征在于，在准备阶段，通过改变受损管道模型（2）与仓室分隔板（4）的连接角度，从而实现调整受损管道模型（2）前端的破损缺口（202）方向的目的；在模拟试验阶段，通过电动推杆端部的橡胶塞对破损缺口（202）的挤压力，调整受损管道模型（2）前端的破损缺口（202）大小，具体为：

模拟正常服役工况时，控制电动推杆带动端部的橡胶塞伸出，使橡胶塞与破损缺口（202）紧密接触，使破损缺口（202）被完全阻断；

模拟存在破损口损伤工况时，控制电动推杆带动端部的橡胶塞回缩，通过回缩量控制橡胶塞与破损缺口（202）的脱开程度，从而实现调节破损缺口（202）大小的目的。