[发明专利]一种含气土的制备装置及方法

说明书

本发明属于室内土工试验技术领域，涉及一种含气土的制备装置及方法，试样下底座和试样上底座的同一侧均开有尼龙管接口并分别通过尼龙管接口与第四尼龙管和第三尼龙管连接，试样上底座顶部依次安装有下透水石、砂土试样和上透水石，上透水石上部安装有传力杆和压力室顶座，压力室顶座通过压力室拉杆与压力室底座连接，压力室顶座顶部安装有丝杆螺旋；第四尼龙管通过第一阀门与第一三通阀门连接，第一尼龙管分别与第三尼龙管与第二三通阀门连接，第二三通阀门与第一三通阀门连通后与第一气液置换器管路连接，砂土试样的顶部接有第二尼龙管，第二尼龙管通过第三阀门与第二气液置换器管路连接，含气土试样的制备工序简单，操作方便，节约成本。

技术领域：

本发明属于室内土工试验技术领域，涉及一种含气土的制备装置及方法。

背景技术：

中国南海、东海和陆地冻土区蕴藏着大量的天然气水合物(俗称“可燃冰”)资源，天然气水合物对温压条件非常敏感，轻微扰动就会分解产生大量天然气，气体以游离气泡的形式分布于孔隙中，土层因此演变为含气土，力学性质发生改变，尤以土层的刚度和强度降低为甚，性状的恶化会引发滑坡、液化、基础沉陷等灾害事故，给海洋工程带来严重的安全威胁。

目前，国内外对含气土的研究较少，其力学性质的研究鲜见涉及，而且受限于现场取芯和原位实验技术的困难和缺陷，一般利用室内土工试验开展含气土能源土力学性质的研究。三轴试验机在室内土工试验中有着广泛的应用，现有含气土试样的制备多是通过改造三轴试验机来实现，但是现有技术存在以下问题：一是设备改装量大，一般要求加热器和恒温装置、反应釜等；二是所需试验材料多，如碳酸氢钠、四氢呋喃、沸石颗粒等；三是步骤复杂；四是对实验人员操作水平要求高。因此，迫切需要设计一种新型的含气土制备装置及方法。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种含气土的制备装置及方法，通过对传统三轴试验系统进行改造，实现不同气体含量的定量控制，从而制备出符合实验要求的含气土试样。

为了实现上述目的，本发明所述含气土制备装置的主体结构包括第一气液置换器、热缩管、第一三通阀门、第一阀门、第二阀门、第二三通阀门、反压控制器接口、第三阀门、第二气液置换器、第一尼龙管、土工三轴试验仪底座、土工三轴试验仪、轴向位移托架、位移传感器、压力室底座、第一围压控制器接口、第二围压控制器接口、压力室拉杆、丝杆螺旋、传力杆、第二尼龙管、第三尼龙管、第四尼龙管、砂土试样、上透水石、下透水石、试样下底座、试样上底座、压力室顶座、O型圈槽、尼龙管接口、第一橡皮垫、陶土板和第二橡皮垫；土工三轴试验仪的底部安装有土工试验仪底座，土工三轴试验仪侧面安装有第二围压控制器接口，土工三轴试验仪的上部安装有轴向位移托架，轴向位移托架上安装有位移传感器，位移传感器正对压力室底座，压力室底座底部安装有第一围压控制器接口；压力室底座的顶部中间位置安装有试样下底座，试样下底座的上方设有试样上底座，试样下底座和试样上底座的同一侧均开有尼龙管接口，试样下底座和试样上底座分别通过尼龙管接口与第四尼龙管和第三尼龙管连接，试样上底座的上部开有O型圈槽，试样上底座和试样下底座之间采用第一橡皮垫和第二橡皮垫密封形成芯腔，芯腔内安装有陶土板；试样上底座顶部安装有下透水石，下透水石顶部装有砂土试样，砂土试样顶部安装有上透水石，上透水石上部自下而上依次安装有传力杆和压力室顶座，压力室顶座通过压力室拉杆与压力室底座连接，压力室顶座顶部安装有丝杆螺旋；第四尼龙管通过第一阀门与第一三通阀门连接，第三尼龙管通过第二阀门与第一尼龙管的一端连接，第一尼龙管的另一端与第二三通阀门连接，第二三通阀门上接有反压控制器接口，第二三通阀门与第一三通阀门连通后与第一气液置换器管路连接，第一气液置换器与第一三通阀门之间的管路采用热缩管密封连接；砂土试样的顶部接有第二尼龙管，第二尼龙管通过第三阀门与第二气液置换器管路连接，第三阀门与第二气液置换器之间的管路采用热缩管密封连接。

本发明连接第三阀门与第二气液置换器的管路、连接第一气液置换器与第一三通阀门的管路均为φ3mm的高压软管或尼龙管高压软管，其耐压极限大于砂土试样内部的水压。