[發明專利]一種含氣土的制備裝置及方法

有效

• 申請號: 201810014580.8
• 申請日: 2018-01-08
• 公開（公告）號: CN108181149B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 孔亮;袁慶盟;劉文卓;董彤;劉銳明;王興;李天賜;林星宇
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 黃曉敏;于正河

本發明屬于室內土工試驗技術領域，涉及一種含氣土的制備裝置及方法，試樣下底座和試樣上底座的同一側均開有尼龍管接口并分別通過尼龍管接口與第四尼龍管和第三尼龍管連接，試樣上底座頂部依次安裝有下透水石、砂土試樣和上透水石，上透水石上部安裝有傳力桿和壓力室頂座，壓力室頂座通過壓力室拉桿與壓力室底座連接，壓力室頂座頂部安裝有絲桿螺旋；第四尼龍管通過第一閥門與第一三通閥門連接，第一尼龍管分別與第三尼龍管與第二三通閥門連接，第二三通閥門與第一三通閥門連通后與第一氣液置換器管路連接，砂土試樣的頂部接有第二尼龍管，第二尼龍管通過第三閥門與第二氣液置換器管路連接，含氣土試樣的制備工序簡單，操作方便，節約成本。

技術領域：

本發明屬于室內土工試驗技術領域，涉及一種含氣土的制備裝置及方法。

背景技術：

中國南海、東海和陸地凍土區蘊藏著大量的天然氣水合物(俗稱“可燃冰”)資源，天然氣水合物對溫壓條件非常敏感，輕微擾動就會分解產生大量天然氣，氣體以游離氣泡的形式分布于孔隙中，土層因此演變為含氣土，力學性質發生改變，尤以土層的剛度和強度降低為甚，性狀的惡化會引發滑坡、液化、基礎沉陷等災害事故，給海洋工程帶來嚴重的安全威脅。

目前，國內外對含氣土的研究較少，其力學性質的研究鮮見涉及，而且受限于現場取芯和原位實驗技術的困難和缺陷，一般利用室內土工試驗開展含氣土能源土力學性質的研究。三軸試驗機在室內土工試驗中有著廣泛的應用，現有含氣土試樣的制備多是通過改造三軸試驗機來實現，但是現有技術存在以下問題：一是設備改裝量大，一般要求加熱器和恒溫裝置、反應釜等；二是所需試驗材料多，如碳酸氫鈉、四氫呋喃、沸石顆粒等；三是步驟復雜；四是對實驗人員操作水平要求高。因此，迫切需要設計一種新型的含氣土制備裝置及方法。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計提供一種含氣土的制備裝置及方法，通過對傳統三軸試驗系統進行改造，實現不同氣體含量的定量控制，從而制備出符合實驗要求的含氣土試樣。

為了實現上述目的，本發明所述含氣土制備裝置的主體結構包括第一氣液置換器、熱縮管、第一三通閥門、第一閥門、第二閥門、第二三通閥門、反壓控制器接口、第三閥門、第二氣液置換器、第一尼龍管、土工三軸試驗儀底座、土工三軸試驗儀、軸向位移托架、位移傳感器、壓力室底座、第一圍壓控制器接口、第二圍壓控制器接口、壓力室拉桿、絲桿螺旋、傳力桿、第二尼龍管、第三尼龍管、第四尼龍管、砂土試樣、上透水石、下透水石、試樣下底座、試樣上底座、壓力室頂座、O型圈槽、尼龍管接口、第一橡皮墊、陶土板和第二橡皮墊；土工三軸試驗儀的底部安裝有土工試驗儀底座，土工三軸試驗儀側面安裝有第二圍壓控制器接口，土工三軸試驗儀的上部安裝有軸向位移托架，軸向位移托架上安裝有位移傳感器，位移傳感器正對壓力室底座，壓力室底座底部安裝有第一圍壓控制器接口；壓力室底座的頂部中間位置安裝有試樣下底座，試樣下底座的上方設有試樣上底座，試樣下底座和試樣上底座的同一側均開有尼龍管接口，試樣下底座和試樣上底座分別通過尼龍管接口與第四尼龍管和第三尼龍管連接，試樣上底座的上部開有O型圈槽，試樣上底座和試樣下底座之間采用第一橡皮墊和第二橡皮墊密封形成芯腔，芯腔內安裝有陶土板；試樣上底座頂部安裝有下透水石，下透水石頂部裝有砂土試樣，砂土試樣頂部安裝有上透水石，上透水石上部自下而上依次安裝有傳力桿和壓力室頂座，壓力室頂座通過壓力室拉桿與壓力室底座連接，壓力室頂座頂部安裝有絲桿螺旋；第四尼龍管通過第一閥門與第一三通閥門連接，第三尼龍管通過第二閥門與第一尼龍管的一端連接，第一尼龍管的另一端與第二三通閥門連接，第二三通閥門上接有反壓控制器接口，第二三通閥門與第一三通閥門連通后與第一氣液置換器管路連接，第一氣液置換器與第一三通閥門之間的管路采用熱縮管密封連接；砂土試樣的頂部接有第二尼龍管，第二尼龍管通過第三閥門與第二氣液置換器管路連接，第三閥門與第二氣液置換器之間的管路采用熱縮管密封連接。

本發明連接第三閥門與第二氣液置換器的管路、連接第一氣液置換器與第一三通閥門的管路均為φ3mm的高壓軟管或尼龍管高壓軟管，其耐壓極限大于砂土試樣內部的水壓。