[发明专利]一种适用于离心机实验的土样制备装置

说明书

本发明公开了一种适用于离心机实验的土样制备装置，包括真空搅拌装置，还包括黏土压载装置或撒砂装置，真空搅拌装置包括搅拌器和搅拌桶，用于获得饱和均匀的泥浆，以模拟黏土土层；黏土压载装置用于将多份土样压制成目标强度的硬黏土，叠加在所述饱和均匀的泥浆上面，以模拟上硬黏下软黏土层；撒砂装置通过撒砂在饱和均匀的泥浆上形成不同厚度的砂，以模拟上砂下黏土样。本发明公开的一种适用于离心机实验的土样制备装置，能够根据实际需要，制备适用于离心机的土样，可开展多种试验研究，应用性强。

技术领域

本发明涉及试验设备技术领域，具体涉及一种适用于离心机实验的土样制备装置。

背景技术

随着海洋科技的快速发展，越来越多的海洋装备被应用于海洋油气勘探开发当中，并与海底土壤发生相互作用。为了保证海洋装备的安全有效和顺利应用，结构物与土相互作用的相关问题也被不断的深入研究。

离心机实验已成为探究海洋结构物与土相互作用的非常重要的实验手段。但在室内模拟的过程中，良好土壤的制备是模拟结果的关键因素之一。

离心机实验中的用土不同于常规的土力学或单元实验中的用土。以100g加速度下的黏土为例，当实验进行过程中，离心机转速达到100g后，加速度对土壤的力为土壤的有效容重γ×对应的原型深度h。也就是说此时黏土受到的重力，随着深度线性增加，而对应的土壤强度是随着深度逐渐增加的。因此，离心机插拔桩实验使用的土壤应该满足以下条件：(1)土壤的强度是满足预计重力加速度的，也就是说不会在加速度(100g为例)条件下，土壤发生二次固结，强度进一步增加。(2)满足黏土层的强度特征制备后呈线性的这一典型土壤强度特征，当土壤为上砂下黏土层时，在黏土层上制备砂土后，黏土层在离心机加速中不会发生二次沉降；当土壤为上硬黏下软黏土层时，能够在模型箱中制备出上层黏土较硬、下层黏土较软，并且下层黏土不会发生二次沉降。(3)由于插拔桩实验装置的土样尺寸在1m×1m×1m左右，该尺寸通常是较大的，因此土样的制备通常被放在离心机实验箱中进行，制备好之后直接实验使用，避免了土样的二次扰动。

然而，由于实验土体的制备通常是在常重力条件(1g)下进行的，在离心机运行的高重力条件下，土壤会发生扰动、变形，将实验模型放置入离心机中，通过离心机的离心力加速，不能补偿缩比后土壤的应力损失，使得实验土样的应力状态与原位土体的应力状态不能保持一致，导致不能制备良好的土壤而开展试验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于离心机实验的土样制备装置，用以解决目前不能制备良好的土样的问题。

本发明提供一种适用于离心机实验的土样制备装置，包括真空搅拌装置，还包括黏土压载装置或撒砂装置；其中，所述真空搅拌装置包括搅拌器和搅拌桶，所述搅拌桶用于盛装含水的黏土，所述搅拌器用于搅拌含水的黏土，获得饱和均匀的泥浆，以模拟黏土土层；所述黏土压载装置包括离心实验箱、手压泵和连接管，所述离心实验箱与所述手压泵之间通过所述连接管连接；所述离心实验箱用于装载并压制倒入其中的土样，所述手压泵用于提供不同的压力，将多份土样压制成目标强度的硬黏土，叠加在所述饱和均匀的泥浆上面，获得上硬黏下软黏土样，以模拟上硬黏下软黏土层；所述撒砂装置通过撒砂在所述饱和均匀的泥浆上形成不同厚度的砂，获得上砂下黏土样，以模拟上砂下黏土层。

优选地，所述真空搅拌装置还包括真空泵，所述搅拌器包括一圆盘，所述圆盘的两侧分别配置有电机和搅拌叶片，所述电机的输出轴固定连接有搅拌轴，所述搅拌轴穿设于所述圆盘，所述搅拌轴的末端上固定有搅拌叶片；所述圆盘上设置有抽真空孔，用于对接所述真空泵；所述圆盘的外边缘和所述所述搅拌桶的外边缘对应设置有若干个螺栓孔，当所述圆盘盖设于所述搅拌桶的端口时，所述圆盘外边缘的若干个螺栓孔与所述搅拌桶外边缘的若干个螺栓孔分别对应并用螺栓固定连接。

优选地，所述圆盘的外边缘与所述搅拌桶的外边缘之间设置有密封圈。

优选地，所述离心实验箱是由一个底板及四个侧板通过螺栓连接组装成上端开口的长方体，所述离心实验箱的上端口盖设有透水板，所述透水板上密布有多个排水孔。