[发明专利]水下真空预压离心模型试验装置及方法

权利要求书

1.一种真空预压离心模型试验装置，包括离心机，其特征在于：还包括水下土体自重固结系统及真空驱动系统，所述水下土体自重固结系统包括装有土体的试验模型箱，所述真空驱动系统包括真空气水分离箱、真空吸气泵、转动接合器及高压供气装置，所述真空气水分离箱中部设有进水口并与试验模型箱底部的排水口通过连接管连接，转动接合器设于所述离心机上方，其上部静止，分别连接一条来自于高压供气装置的静止供气管，及一条来自于离心机外的静止输入水管，其下部随离心机主轴转动，分别连接一条可转动的高压供气输出管及一条开口于试验模型箱上方的可转动的供水管，所述高压供气输出管连接于所述真空吸气泵的输入端，所述真空吸气泵的真空吸气管接于所述气水分离箱的顶部开口，所述气水分离箱的下底设有排水管及排水阀。

2.根据权利要求1所述的真空预压离心模型试验装置，其特征在于：所述水下土体自重固结系统还包括用于控制所述试验模型箱底部水位的竖管，试验模型箱与竖管的底部由管路连通并设有控制阀门。

3.根据权利要求1所述的真空预压离心模型试验装置，其特征在于：所述试验模型箱内的填充物由下至上包括置于底层的排水层；试验土体，内插设竖向排水体；土体上方的表面水平排水层及密封膜。

4.根据权利要求1所述的水下真空预压离心模型试验装置，其特征在于：所述密封膜上还承载有膜上水体。

5.根据权利要求1所述的真空联合堆载预压离心模型试验装置，其特征在于：所述密封膜上还布设有堆载层。

6.根据权利要求3所述的真空预压离心模型试验装置，其特征在于：所述置于底层的排水层、及土体上方的表面水平排水层由水平排水管和砂垫层构成。

7.根据权利要求6所述的真空预压离心模型试验装置，其特征在于：在所述试验模型箱内还设置有竖向连接管，把试验箱底层排水层内的水平排水管与所述表面水平排水层内的水平排水管连结起来，所述竖向连接管采用可纵向压缩伸展的螺纹管。

8.一种真空预压离心模型试验方法，其特征在于包括：采用如权利要求1至7所述的真空预压离心模型试验装置，通过离心模拟自重固结获得土体初始应力状态、通过埋设试验测试仪器取得试验过程中的相关数据、在重新进行离心模拟自重固结后通过真空驱动系统进行二维或三维真空预压以达到所期望的应力状态。

9.根据权利要求8所述的真空预压离心模型试验方法，其特征在于包括以下步骤：

(A)将所述试验模型箱、竖管等置于所述离心机上，转动离心机使模型箱中的淤泥或流泥状态的试验土体在离心模拟自重情况下固结，使试验土体达到自重情况下的强度；

(B)对经模拟自重固结后的试验土体埋设测试仪器，通过出膜装置将仪器导线引出并对欲加固土体进行排气饱和与密封，将所述试验模型箱、竖管及气水分离箱置于离心机上，启动离心机；

(C)重新进行离心模拟自重固结，待主固结完成后开启所述高压供气装置，高压气体高速流过所述真空吸气泵，在所述气水分离箱中产生真空；

(D)当所述气水分离器中真空计读数低于-90kPa时，打开所述气水分离箱与所述试验模型箱底部连接管上的阀门；

(E)所述试验模型箱中的试验土体中的孔隙水在水头差的作用下发生渗流固结，排出的水在水头差的作用下流向所述气水分离箱，当所述气水分离箱中的水位即将漫过所述进水口时，打开所述气水分离箱的排水阀排水；

(F)依据试验土体孔隙水压力计或位移计读数求得的固结度达到需要时，则可停离心机。

10.根据权利要求8所述的真空预压离心模型试验方法，其特征在于：所述密封膜边缘夹设于上下两层密封框中固定于所述试验模型箱箱体并以橡胶圈置于两层密封框和密封膜之间密封固定，所述排气饱和与密封步骤包括：

在试验土体底部将去离子去气的水缓慢从底部通过土中竖向排水体渗入土中至其顶部；

当水位达到试验土顶部时，渗入的水以极慢速度上升，并使其漫过密封框；

水从密封框上的预留孔排出，此时挤压密封膜使其贴于土体或水平排水体和砂垫层表面，多余的水继续排出，同时在密封膜上注水使水漫过密封框；

封堵密封框上的预留孔中，达到试验土体饱和密封的效果。