[发明专利]一种用于海底土静力触探试验的小体积标定罐

说明书

本发明涉及海洋岩土工程技术领域，具体涉及一种用于海底土静力触探试验的小体积标定罐。包括罐体，所述罐体内设置有试验样品腔，所述试验样品腔的周向设置有水平应力调节机构，所述试验样品腔的底部设置有垂直应力调节机构，所述水平应力调节机构和垂直应力调节机构不连通。本发明能够保证样品量少的情况下展开研究，整个测试周期大约需要10小时，也大大提高了制样和试验效率。同时，本发明通过水平应力调节机构和垂直应力调节机构实现了标定罐动态控制边界条件，避免了边界条件对CPT试验的影响，在一定程度上保证了样品和试验的精准度，符合现场测试情况。此外，本发明的模拟覆盖层应力可以达到5兆帕，也在更大的程度上满足现场测试的实际情况。

技术领域

本发明涉及海洋岩土工程技术领域，具体涉及一种用于海底土静力触探试验的小体积标定罐。

背景技术

由于岩土工程参数与复杂多变的自然条件密切联系，确定岩土工程参数与合理设计成为工程建设的难点，亦是保证工程质量、缩短工程周期、降低工程造价、提高工程经济效益和社会效益的关键技术之一。原位测试技术凭借无需取样，可以简便准确获得土性参数的特点，在岩土工程性能测试中应用广泛。原位测试技术的测试方法主要包括标准贯入法、静力触探法和原位剪切波束法。而标准贯入法和原位剪切波速法一次只能测试一层土体，静力触探法为连续贯入，所以静力触探法较其他两种方法具有效率高、扰动小以及连续性好等优点，是目前使用最广泛的原位测试方法。由于现场试验不能够完全对土体性质进行直接的测量和评估，需要积累到大量的数据，在此基础上通过相应的理论推导和反算公式以求得最后的土壤参数。

相关的现场原位试验相对于室内试验周期较长，并不能确定单一土壤参数的变化。为了解决这些相关的问题，可以通过室内的标定罐试验和现场测试的数据对比，亦或是展开例如孔穴扩张、有限元、离散元素分析，再控制相应的条件，推导出具体的经验公式，是最直接有效简单的方式。

标定罐试验是条件许可下在室内进行的现场原位的模拟，由于受到土样大小和应力状态的限制，无法达到完全的现场状态，数据与原位试验有一定的区别。研究表明，影响室内标定罐试验的因素有很多，其主要的影响因素有边界条件、尺寸效应等。然而，由于标定罐的有限尺寸，所有这些边界条件都会人为导致边界效应。使用直径大于1 m的大型标定罐可减少边界效应，但大型标定罐的缺点是需要大量样品，当样品量少时无法采用大型标定罐来进行试验。小型标定罐较大型标定罐来说更经济、更实用，并且在样品数量有限的情况下也可进行试验。

因此，现在亟需设计一种能够动态控制边界条件的用于海底土静力触探试验的小体积标定罐。

发明内容

针对现有大型标定罐需大量样品进行试验以及小型标定罐中样品受边界条件影响较大的问题，提供了一种能够动态控制边界条件的小体积海底土静力触探试验标定罐，该标定罐是一种小型室内原位模拟测试装置，整体形状为圆柱形，高度为54.5 cm，直径为30 cm。本标定罐具有可控水平应力、小样本尺寸以及模拟覆盖层应力高达5兆帕的能力，能够保证样品量不够的情况下展开研究。

CPT（静力触探试验）标定罐具有不同的应力应变边界条件，分为BC1-BC5，共5种边界条件。通过分别往标定罐中盛水腔和充水胶垫中施加水压，使其等于给试验样品施加水平压力和垂直压力，由此可以控制试验样品水平和垂直方向的应力应变。其中，BC1条件的垂直应力和水平应力均为定值。BC2条件的垂直应变和水平应变均为0。BC3条件的垂直应力为定值，水平应变为0。BC4条件的垂直应变为0，水平应力为定值。BC5条件的垂直应力为定值，水平应力可调。

本发明的技术方案为：

一种用于海底土静力触探试验的小体积标定罐，包括罐体，所述罐体内设置有试验样品腔，所述试验样品腔的周向设置有水平应力调节机构，所述试验样品腔的底部设置有垂直应力调节机构，所述水平应力调节机构和垂直应力调节机构不连通。