本发明涉及一种用于分析地面沉降对管土相互作用影响的试验装置及方法，包括模型箱、土体、管道、地面沉降模拟装置及管土量测装置；地面沉降模拟装置包括水囊、水管、集线器、总水管、开关、调节阀、流量计、集水器和变形协调板；管土量测装置包括分布式传感光纤、OBR背光反射仪、薄膜压力传感器、数据采集仪、管道沉降标、激光位移计、土体沉降标、高像素数码相机和计算机。按沉降类型布置水囊阵列；在预设深度处固定管道；将各测量仪器与计算机相连，通过软件采集数据；将预先配好的土体填筑在模型箱内；水囊排水，直至管道和土体变形基本稳定时，停止采集，保存数据。

本发明涉及一种用于分析地面沉降对管土相互作用影响的试验装置及方法，包括模型箱、土体、管道、地面沉降模拟装置及管土量测装置；地面沉降模拟装置包括水囊、水管、集线器、总水管、开关、调节阀、流量计、集水器和变形协调板；管土量测装置包括分布式传感光纤、OBR背光反射仪、薄膜压力传感器、数据采集仪、管道沉降标、激光位移计、土体沉降标、高像素数码相机和计算机。按沉降类型布置水囊阵列；在预设深度处固定管道；将各测量仪器与计算机相连，通过软件采集数据；将预先配好的土体填筑在模型箱内；水囊排水，直至管道和土体变形基本稳定时，停止采集，保存数据。

作为城市赖以生存和发展的重要物质基础，地下管线担负着城市的信息传递、能源输送、排涝减灾、废物排弃等功能，被誉为城市的“生命线”。地下管线分布范围广且传输距离长，当穿越地质条件复杂、地壳活动剧烈的地区时，管土相互作用十分显著，管道往往会发生大的形变甚至破坏，从而影响到地下管线的正常使用甚至酿成灾难性后果。

一方面，地下管线形变破坏的工程诱因主要包括大面积地面堆载、基坑开挖和降水、地铁隧道施工、深部采矿等，其中绝大部分管道事故都伴随着明显的地面沉降。对于暴力施工等造成的突发性管道事故需要我们加强管理和监控。而地面沉降诱发由于具有缓变性、累积性和成因复杂性等特点，相关的研究相对滞后，规范也未对这方面的控制标准做出详细规定。

另一方面，有关地下管线管土相互作用的研究方法主要有经验控制法、理论分析法、数值模拟法和试验分析法。其中经验控制法具有地区适用性、样本代表性的局限，所得成果较难大面积推广；不同学者对管道在土体位移作用下的形变破坏机理以及管土界面力学特性有着不同的理解，理论分析法的结论也很难统一起来；而数值模拟法在很大程度上受到边界条件、管土接触形式、土体本构模型及其参数选取的影响，结果的准确性和真实性需要在试验模型中得到验证甚至修正，否则将与实际情况有较大的偏差，从而试验分析法在管土相互作用研究工作中变得不可或缺。

然而，在目前现有的管道试验中，通常采用电阻应变片、沉降标、多点位移计等常规传感器进行监测。这类监测技术虽然可以获得管道局部点位的沉降、位移、应力、应变等信息，但存在传感精度低、埋设困难、易受电磁干扰、耐久性差等缺陷。同时，此类试验方法所获取的数据相对有限，无法完整、全面地反映管道位移、土体抗力及其随时间发展的趋势，因此很难对地下管线的安全性做出科学的预测和评估。

发明人：朱鸿鹄 朱宝 吴海颖 王德洋 周谷宇 施斌 程刚南京大学，简称“南大”，位于江苏省南京市，系中华人民共和国教育部直属、中央直管副部级建制的全国重点大学，位列国家“双一流”、“985工程”、“211工程”重点建设高校，入选“珠峰计划”、“强基计划”、“111计划”、“2011计划”，为九校联盟（C9）、中国大学校长联谊会、环太平洋大学联盟、21世纪学术联盟、全球大学高研院联盟、国际应用科技开发协作网、东亚研究型大学协会、亚洲校园、金砖国家大学联盟、新工科教育国际联盟、中国高校行星科学联盟、长三角研究型大学联盟、学位授权自主审核单位、长三角可持续发展大学联盟  、中俄综合性大学联盟 、长三角高校智库联盟成员，首批国家级双创示范基地、国家大学生创新性实验计划、大学通识教育联盟

1. 采用透明钢化玻璃板并设置标记点，通过数字图像相干法或粒子图像测速法进行图像处理，可以精确获得土体的位移场；

2. 采用水囊阵列模拟地面沉降，可以模拟多种沉降模式，包括高斯型、阶梯型和Attewell型，模拟装置价格便宜、操作简便、可控制性和可重复性强；

3. 基于转动连接而成的变形协调板，既可以起到隔离水囊阵列和上覆土体的作用，亦能协调两者之间的变形，使沉降更为连续且稳定；

4. 区别于传统的点式监测手段，采用先进的分布式光纤传感技术和薄膜压力传感技术，可以完整而全面地捕捉管道形变和土体抗力及其随时间发展的趋势，从而在整体上掌握管土相互作用的时空特性和灾变机理；

5. 采用自主研发的管道/土体沉降标，还可以实时采集管道和土体的沉降数据，尤其是基于瑞利散射光技术的背光反射仪（Optical Backscatter Reflectometer，简称OBR），具有相当高的空间分辨率和监测精度，配合螺纹护套光纤制成的土体沉降标，可以极大地提高不同深度处土体沉降值的测量精度和准确度。

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