高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置及其在含氣土樣人工制備中的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于巖土工程海底含氣沉積物的人工模擬制樣試驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體公開了一種高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置及其在含氣土樣人工制備中的應(yīng)用。本發(fā)明裝置包括氣源罐、反應(yīng)釜、升降裝置、土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)、連接管路、閥門和壓力表，通過(guò)本裝置可以實(shí)現(xiàn)不受壓力條件限制的實(shí)驗(yàn)室含氣土樣人工模擬制備，尤其適合于高飽和度含氣沉積物土體室內(nèi)三軸試驗(yàn)的樣品制備，含氣量可人為控制、精確定量，所制土樣均勻且具備可重復(fù)性。
【專利說(shuō)明】高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置及其在含氣土樣人工制備中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巖土工程海底含氣沉積物的人工模擬制樣試驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置及其在含氣土樣人工制備中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]海底淺層氣通常指在海底面以下IOOOm之內(nèi)沉積物中所聚集的氣體。淺層氣的組分主要包括甲烷、二氧化碳、硫化氫、乙烷等，其中一般以甲烷含量最高，普遍分布在湖泊、河谷、海灣、三角洲等水域以及含油氣資源相對(duì)豐富的海域地層中。氣體主要源自于有機(jī)質(zhì)分解形成的生物成因氣和深部油氣、地幔及巖漿活動(dòng)所產(chǎn)后經(jīng)上部運(yùn)移被封閉在淺部沉積層中的氣體。氣體常以游離氣泡、溶解或水氣化合物等賦存形態(tài)賦存于沉積物中，常將以水合物賦存的含氣沉積物稱為天然氣水合物，而將以游離氣、溶解氣形態(tài)賦存的含氣沉積物稱為含氣土。
[0003]含氣土中富含的氣體可作為能源加以利用，但又會(huì)因?yàn)橥林泻袣怏w而導(dǎo)致工程性狀惡化，給工程帶來(lái)災(zāi)害。如:海底含氣土常引發(fā)海岸滑坡、土體液化、基礎(chǔ)沉陷、油氣井噴、平臺(tái)傾覆、井壁垮塌、管線斷裂等災(zāi)害事故，給海洋油氣勘探與開發(fā)、鉆井平臺(tái)、港口碼頭、跨海隧道、海底輸油管線和通訊電纜等工程建設(shè)和近海岸基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成嚴(yán)重威脅，是海洋工程中的重要安全隱患。
[0004]含氣土被認(rèn)為是土顆粒、孔隙水、氣體、壓力、溫度及上覆層完美平衡的產(chǎn)物，一旦平衡被打破，就會(huì)導(dǎo)致其工程性狀迅速發(fā)生改變。人們雖然已認(rèn)識(shí)到海底含氣土的危害性問題，但開展的科學(xué)研究卻十分有限，尤其缺乏對(duì)其土力學(xué)特性的研究，主要困難源于土中氣體壓力大，且易于逸散，難以獲取現(xiàn)場(chǎng)原狀含氣土土樣。即便采用特殊裝備能夠獲得保壓原狀土樣品，仍然受到對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)環(huán)境要求過(guò)高、難以二次加工、試樣不均勻等問題的困擾，促使室內(nèi)人工模擬技術(shù)成為研究該類土的基礎(chǔ)技術(shù)。
[0005]人工模擬首先需要解決的就是含氣土的制樣問題。目前，有采用厭氧發(fā)酵微生物與土顆?；旌?，在適宜的環(huán)境中利用微生物發(fā)酵產(chǎn)生甲烷氣體，來(lái)模擬含氣土的天然形成過(guò)程，進(jìn)而制成含氣土樣的方法。但該法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，更重要的是含氣土中氣體量無(wú)法實(shí)現(xiàn)人為定量控制，所制樣品不均勻，且樣品間不具備可重復(fù)性，只能用于特定的模型試驗(yàn)研究，而對(duì)于一般的室內(nèi)三軸試驗(yàn)無(wú)法使用。也有采用非飽和土的制備方法，利用空氣或氮?dú)庵鸩津?qū)替飽和土中水分的方法來(lái)制備含氣土樣的方法，但該方法只能制備飽和度小于85%，土中氣相連續(xù)的土樣，而實(shí)際的海底含氣沉積土中氣體以游離氣泡形式存在，飽和度一般均大于85%，故該方法亦無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)海底含氣土樣的人工模擬制備。此外，還有借助沸石特殊的晶體結(jié)構(gòu)和強(qiáng)親水性，且沸石比重與土顆粒比重相近，將吸附飽和甲烷氣體的沸石顆粒與土顆粒混合，而后加入水，用水置換出沸石顆粒中吸附的甲烷，從而形成含氣泡土體的方法。該方法制備的含氣土樣雖然均勻，但壓力條件受到一定的限制，當(dāng)環(huán)境壓力大于吸附壓力后，沸石中的氣體無(wú)法置換出來(lái)。因此，只適用于淺海壓力環(huán)境，而對(duì)于模擬深海壓力環(huán)境中的含氣土則無(wú)法進(jìn)行室內(nèi)人工制備。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供了一種高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置，利用該裝置可以實(shí)現(xiàn)各種環(huán)境壓力下的含氣土樣人工制備。
[0007]該發(fā)明目的通過(guò)下述技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn):
[0008]一種高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置，包括氣源罐、反應(yīng)釜、升降裝置、土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)、連接管路、閥門和壓力表，連接管路將反應(yīng)釜和氣源罐連通。
[0009]所述土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)選用室內(nèi)常規(guī)土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)即可，包括土工三軸試驗(yàn)儀、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)備。
[0010]所述連接管路為高壓軟管，其耐壓極限與反應(yīng)釜一致，管內(nèi)徑不宜過(guò)大，宜選擇φ3ηιιιι~cp5mm，高壓軟管可自由變形，不漏氣，可選用如鋼絲增強(qiáng)型、纖維增強(qiáng)型等材料制成的高壓軟管。
[0011]所述反應(yīng)釜有兩個(gè)，分別為固定反應(yīng)釜和自由升降反應(yīng)釜，兩個(gè)反應(yīng)釜完全相同；
[0012]其中，固定反應(yīng)釜的位置固定，固定反應(yīng)釜的釜底高度應(yīng)與土工三軸試驗(yàn)儀的壓力室底座高度相齊平；
[0013]自由升降反應(yīng)釜與升降裝置相連，通過(guò)升降裝置實(shí)現(xiàn)升降，自由升降反應(yīng)釜高于固定反應(yīng)釜，并可在高于固定反應(yīng)釜H≤3m的區(qū)間范圍內(nèi)自由升降，以確保自由升降反應(yīng)釜與固定反應(yīng)釜間的水頭差保持在合理的范圍。
[0014]所述升降裝置用于調(diào)整和控制兩個(gè)反應(yīng)釜間的高差，使得兩個(gè)反應(yīng)釜中液面間形成勢(shì)差，促進(jìn)反應(yīng)爸內(nèi)液體在管路中循環(huán)流動(dòng)。
[0015]進(jìn)一步，所述升降裝置可采用電機(jī)控制，亦可采用機(jī)械式控制方式，滿足操作安全、方便適用的基本要求即可，無(wú)其他特殊要求。
[0016]更進(jìn)一步，所述升降裝置由電機(jī)和升降器組成，升降器可采用螺桿爬升式、懸吊式滑輪等不同方式，用于自由調(diào)整兩個(gè)反應(yīng)釜間的高差；
[0017]兩個(gè)反應(yīng)釜均由罐體、密封蓋和罐體內(nèi)的攪拌裝置組成；
[0018]具體的，自由升降反應(yīng)釜由自由升降反應(yīng)釜罐體、自由升降反應(yīng)釜密封蓋和自由升降反應(yīng)釜罐體內(nèi)的自由升降反應(yīng)釜攪拌裝置組成；
[0019]固定反應(yīng)釜由固定反應(yīng)釜罐體、固定反應(yīng)釜密封蓋和固定反應(yīng)釜罐體內(nèi)的固定反應(yīng)釜攪拌裝置組成；
[0020]兩個(gè)反應(yīng)釜的耐壓極限不宜低于5MPa，容積可根據(jù)需要確定。兩個(gè)反應(yīng)釜的罐體與密封蓋均通過(guò)螺紋連接，密封蓋用于將罐體密封形成密閉反應(yīng)釜；兩個(gè)密封蓋上均開孔，外接高壓軟管和壓力表，壓力表分別為自由升降反應(yīng)釜壓力表和固定反應(yīng)釜壓力表，分別用于量測(cè)自由升降反應(yīng)釜和固定反應(yīng)釜內(nèi)部壓力，兩個(gè)反應(yīng)釜分別通過(guò)密封蓋開孔后外接的高壓軟管與氣源罐連接，在固定反應(yīng)釜、自由升降反應(yīng)釜與氣源罐相連接的高壓軟管分支管路上分別設(shè)置有第一閥門和第二閥門，；
[0021]所述攪拌裝置用于攪拌反應(yīng)釜中的液體，以使氣體在液體中充分溶解，快速溶氣飽和。
[0022]進(jìn)一步，所述攪拌裝置包括傳動(dòng)桿和傳動(dòng)桿下端的葉片，傳動(dòng)桿安裝在密封蓋上，傳動(dòng)桿外接電機(jī)；
[0023]電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)桿和葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)液體的攪拌，在反應(yīng)釜內(nèi)的氣體溶于液體反應(yīng)過(guò)程中起到攪拌作用，促進(jìn)液體充分溶解氣體。
[0024]為便于外部觀測(cè)反應(yīng)釜內(nèi)部的液面變化，兩個(gè)反應(yīng)釜的罐體側(cè)壁均沿豎向設(shè)有透明觀察窗，分別為自由升降反應(yīng)釜觀測(cè)窗和固定反應(yīng)釜觀測(cè)窗；透明觀察窗可選用透明耐壓玻璃板制成，與罐體組裝為一體，并保持整個(gè)反應(yīng)釜的氣密性與耐壓性。透明觀察窗上標(biāo)有刻度，用于反應(yīng)釜內(nèi)液面變化時(shí)對(duì)液體體積變化的量測(cè)。
[0025]所述兩個(gè)反應(yīng)釜罐體底部均開孔，分別外接高壓軟管，并分別經(jīng)兩個(gè)閥門后形成兩個(gè)外接口，分別為外接口 A和外接口 B ;其中:固定反應(yīng)釜的罐體底部連接的高壓軟管管路串聯(lián)第三閥門、第五閥門后連接外接口 A，自由升降反應(yīng)釜的罐體底部連接的高壓軟管管路串聯(lián)第四閥門、第六閥門后連接外接口 B。自由升降反應(yīng)釜密封蓋外接壓力表的高壓軟管管路上還設(shè)有一支管管路，該支管管路的一端與自由升降反應(yīng)釜的外接壓力表管路相連，另一端連接在第四閥門和第六閥門間的高壓軟管管路中。
[0026]所述氣源罐為市售裝有水溶性氣體的氣罐，一般選用CO2氣罐，氣源罐外接減壓閥(減壓閥上自帶兩個(gè)壓力表:氣源壓力表一和氣源壓力表二，分別用于顯示減壓前和減壓后的壓力)，氣源罐經(jīng)減壓閥后通過(guò)高壓軟管與兩個(gè)反應(yīng)釜相連通，在與兩個(gè)反應(yīng)釜連通管路分支前的主干管路上設(shè)置一截止閥，用于切斷氣源罐與兩個(gè)反應(yīng)釜之間的聯(lián)系。
[0027]土工三軸試驗(yàn)儀中三軸壓力室的孔壓接口和反壓接口可與外接口 A和外接口 B相連，利用反應(yīng)釜來(lái)實(shí)現(xiàn)安裝在三軸壓力室內(nèi)的飽和土樣中的水在水頭差驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)。
[0028]本發(fā)明裝置中的各壓力表可根據(jù)試驗(yàn)要求的壓力范圍來(lái)選擇量程和精度合適的氣壓表，機(jī)械式、電測(cè)式等均可，無(wú)其它特別要求。
[0029]本發(fā)明裝置中各管路上安裝的閥門應(yīng)與高壓軟管匹配，并滿足氣密性要求即可，無(wú)其它特別要求。
[0030]本發(fā)明的高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置的整體與個(gè)體尺寸、形狀、組裝構(gòu)造可靈活變化，裝置整體與個(gè)體的耐壓極限以及量測(cè)系統(tǒng)的精度(如刻度、壓力表等)可根據(jù)需要選擇；土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)選用室內(nèi)常規(guī)土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備即可，三軸壓力室的耐壓極限應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)需要來(lái)選定。
[0031]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供了一種上述高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置在含氣土樣人工制備中的應(yīng)用，該應(yīng)用的技術(shù)方案過(guò)程如下:
[0032](I)斷開土工三軸試驗(yàn)儀的三軸壓力室上孔壓接口、反壓接口與土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)間的聯(lián)系，將高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置的外接口 A、外接口 B分別與土工三軸試驗(yàn)儀的三軸壓力室上的孔壓接口、反壓接口對(duì)接，檢驗(yàn)并確保整個(gè)系統(tǒng)符合氣密性要求；關(guān)閉高壓軟管上的所有閥門。
[0033](2)斷開高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置的外接口 A與土工三軸試驗(yàn)儀的三軸壓力室上孔壓接口處的連接，按照常規(guī)土工三軸試驗(yàn)制備土樣的方法制備土樣，并在三軸壓力室內(nèi)完成土樣安裝，土樣裝樣方法同常規(guī)土工三軸試驗(yàn)，土樣預(yù)先不進(jìn)行飽和。
[0034](3)開啟氣源閥、截止閥、第二閥門和第六閥門，調(diào)節(jié)減壓閥，使氣源罐中的氣體通過(guò)自由升降反應(yīng)釜的支管管路，并以不超過(guò)15kPa的固定壓差由土工三軸試驗(yàn)儀的試樣底座持續(xù)充入土樣，流經(jīng)土樣上端的孔壓管路、頂帽與孔壓接口連接管路，由三軸壓力室的孔壓接口流入大氣，持續(xù)時(shí)間t ^ 30min,以充分替換出存在于土樣孔隙中的空氣。
[0035](4)關(guān)閉氣源閥，并斷開截止閥與減壓閥的連接；恢復(fù)高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置的外接口 A與土工三軸試驗(yàn)儀三軸壓力室的孔壓接口的連接；打開兩個(gè)反應(yīng)釜密封蓋，分別向兩個(gè)反應(yīng)釜罐體內(nèi)注入除氣水，而后將密封蓋密封，透過(guò)反應(yīng)釜罐體側(cè)壁的透明觀察窗，記錄罐體內(nèi)水的初始體積；將自由升降反應(yīng)釜提升，保持自由升降反應(yīng)釜罐體底部高度與土工三軸試驗(yàn)儀的壓力室底座間的高差H ( 3m(H不宜大于3m，原因在于若水頭勢(shì)差過(guò)大，水流注入土樣的速度過(guò)快，可能會(huì)改變土樣原始結(jié)構(gòu))；開啟第一閥門，同時(shí)開啟兩個(gè)反應(yīng)釜罐體底部與外接口 A、外接口 B相連管路上的第三閥門、第五閥門及第四閥門，使自由升降反應(yīng)釜內(nèi)的除氣水通過(guò)管路充入土樣，再由土樣頂部流出后流進(jìn)固定反應(yīng)釜內(nèi)。通過(guò)反應(yīng)釜罐體側(cè)壁的透明觀察窗，記錄流入土樣與流出土樣的水量差，當(dāng)二者相等時(shí)，結(jié)束該步操作。
[0036](5)關(guān)閉反應(yīng)釜與外接口 A、外接口 B連接管路上的第三閥門、第五閥門、第四閥門及第六閥門，并斷開外接口 A與三軸壓力室孔壓接口的連接，同時(shí)也斷開外接口 B與三軸壓力室反壓接口的連接；將三軸壓力室的孔壓接口、反壓接口與土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)相連，操作土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，使三軸壓力室內(nèi)的圍壓和反壓保持固定壓差I(lǐng)OkPa,圍壓始終要大于反壓)，圍壓和反壓保持同一速率加載，直至反壓加載至試驗(yàn)用水溶性氣體的水溶飽和壓力水平；土樣在該壓力環(huán)境下存放4h，使土樣孔隙中殘留的氣體充分溶解于水中；檢驗(yàn)B值，當(dāng)B值> 0.97時(shí)，認(rèn)為土樣完成飽和，結(jié)束該步操作；若B值不滿足要求，則重復(fù)本步驟的方法，繼續(xù)升高反壓的壓力水平，直至B值滿足要求。
[0037](6) 土樣完全飽和后，調(diào)整土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的圍壓和反壓，按照(5)中的加載方式，繼續(xù)保持圍壓與孔壓間的固定壓差I(lǐng)OkPa,圍壓始終要大于反壓)，并使反壓升至試驗(yàn)預(yù)定壓力水平(即試驗(yàn)?zāi)M的真實(shí)壓力環(huán)境，其值等于此時(shí)試樣內(nèi)部的反壓值)；
[0038](7)恢復(fù)截止閥與氣源罐出口減壓閥的連接；開啟氣源閥，調(diào)節(jié)氣減壓閥，使氣體充入兩個(gè)反應(yīng)釜內(nèi)，至兩個(gè)反應(yīng)釜內(nèi)壓力均達(dá)到試驗(yàn)預(yù)定壓力(與出)中的預(yù)定壓力水平一致)。開啟兩個(gè)反應(yīng)釜中的攪拌裝置，使氣體與釜內(nèi)除氣水充分混合溶解；在該壓力水平下，待反應(yīng)釜壓力表讀數(shù)穩(wěn)定后，持續(xù)4~6h，可認(rèn)為兩個(gè)反應(yīng)釜內(nèi)水中溶解氣體達(dá)到飽和,停止攪拌。
[0039](8)切斷三軸壓力室的孔壓接口、反壓接口與土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的聯(lián)系，重新將高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置的外接口 A與三軸壓力室的孔壓接口對(duì)接，同時(shí)將外接口 B與三軸壓力室的反壓接口對(duì)接；開啟第三閥門、第五閥門、第四閥門及第六閥門，使自由升降反應(yīng)釜內(nèi)溶解了氣體的溶氣水在水頭差作用下，流經(jīng)土樣后進(jìn)入固定反應(yīng)釜內(nèi)，以替換飽和土樣中的除氣水，驅(qū)替時(shí)間不少于6h。
[0040](9)關(guān)閉第五閥門和第六閥門，切斷高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置外接口 A與三軸壓力室孔壓接口的連接，同時(shí)也斷開外接口 B與三軸壓力室反壓接口的連接；重新將三軸壓力室的孔壓接口、反壓接口與土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)相連；通過(guò)土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)控制圍壓不變，降低反壓，使土樣孔隙水中的氣體脫溶，從而制備成含氣土樣。由Henry定律可知，一定體積的水中溶解氣體量與氣體的平衡壓力成正比，借助Henry定律確定的氣體脫溶量與壓力的關(guān)系，可精確定量控制含氣土中的含氣量。[0041]值得說(shuō)明的是，由于氣體受溫度影響顯著，上述含氣土的制備過(guò)程必須在恒溫條件下進(jìn)行，才能保證制備方法的可靠性與可控性。另外，試驗(yàn)中所用的氣體一般為CO2氣體，亦可采用其他可溶性氣體。
[0042]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明裝置及方法的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于:
[0043]1、本發(fā)明裝置不受壓力條件限制，適用于各種壓力環(huán)境下的含氣土樣人工模擬制備;
[0044]2、本發(fā)明方法適合于高飽和度含氣土樣的三軸試驗(yàn)樣品制備(一般飽和度^ 85%)，且操作簡(jiǎn)便，含氣量能夠?qū)崿F(xiàn)精確定量、人為控制；
[0045]3、所制土樣含氣均勻，土樣制備重復(fù)性好。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0046]圖1為本發(fā)明的一種高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047]圖2為本發(fā)明的一種高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置中使用的現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)土工三軸試驗(yàn)儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0048]附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:1 一氣源罐、2—?dú)庠撮y、3—?dú)庠磯毫Ρ硪弧?一減壓閥、5—?dú)庠磯毫Ρ矶?—截止閥、7_1 —自由升降反應(yīng)爸密封蓋、7_2 —固定反應(yīng)爸密封蓋、8_1 —自由升降反應(yīng)釜壓力表、8-2 —固定反應(yīng)釜壓力表、9-1 一自由升降反應(yīng)釜攪拌裝置、9-2—固定反應(yīng)釜攪拌裝置、10-1—自由升降反應(yīng)釜觀測(cè)窗、10-2—固定反應(yīng)釜觀測(cè)窗、11—第一閥門、12—第二閥門、13—第二閥門、14一第四閥門、15—自由升降反應(yīng)爸、16—固定反應(yīng)爸、17一聞壓軟管、18-1—自由升降反應(yīng)爸罐體、18-2一固定反應(yīng)爸罐體、19一第五閥門、20—第六閥門、21—外接口 A、22—外接口 B、23—升降器、24 —電機(jī)、25—三軸壓力室、26—軸向力傳感器、27—土工二軸試驗(yàn)儀底座、28 一位移傳感器、29—土樣、30 一試樣頂帽、31 一試樣底座、32 —圍壓接口、33—孔壓接口、34 —反壓接口、35—反壓管路、36—孔壓管路、37—圍壓管路、38—頂帽與孔壓接口連接管路、39—壓力室底座、40—上透水石、41 一下透水石、42—絲桿螺栓、43—壓力室拉桿、44 一托架、45—壓力室頂座、46—土工三軸試驗(yàn)儀、47—自由升降反應(yīng)釜支管。
【具體實(shí)施方式】
[0049]下面結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明裝置的組成結(jié)構(gòu)、工作原理和應(yīng)用方法。
[0050]如圖1所示，一種高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置，包括氣源罐1、反應(yīng)釜、升降裝置、土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)、連接管路、閥門和壓力表，連接管路將反應(yīng)釜和氣源罐I連通。
[0051]所述土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)為室內(nèi)常規(guī)土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，包括土工三軸試驗(yàn)儀46、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)備。
[0052]所述連接管路為高壓軟管17，其耐壓極限與反應(yīng)釜一致，管內(nèi)徑cp3mm~(P5mm*高壓軟管17可自由變形，不漏氣，可選用如鋼絲增強(qiáng)型、纖維增強(qiáng)型等材料制成的高壓軟管。
[0053]所述反應(yīng)釜有兩個(gè)，分別為固定反應(yīng)釜16和自由升降反應(yīng)釜15，兩個(gè)反應(yīng)釜完全相同；
[0054]其中，固定反應(yīng)釜16的位置固定，固定反應(yīng)釜16的釜底高度應(yīng)與土工三軸試驗(yàn)儀46的壓力室底座39高度相齊平；
[0055]自由升降反應(yīng)釜15與升降裝置相連，通過(guò)升降裝置實(shí)現(xiàn)升降，自由升降反應(yīng)釜15高于固定反應(yīng)釜16，并可在高于固定反應(yīng)釜16H ( 3m的區(qū)間范圍內(nèi)自由升降，以確保自由升降反應(yīng)釜15與固定反應(yīng)釜間16的水頭差保持在合理的范圍。
[0056]所述升降裝置用于調(diào)整控制兩個(gè)反應(yīng)釜間的高差，使得兩個(gè)反應(yīng)釜中液面間形成勢(shì)差，促進(jìn)反應(yīng)爸內(nèi)液體在管路中循環(huán)流動(dòng)。
[0057]進(jìn)一步，所述升降裝置可采用電機(jī)控制，亦可采用機(jī)械式控制方式，滿足操作安全、方便適用的基本要求即可，無(wú)其他特殊要求。
[0058]更進(jìn)一步，所述升降裝置由電機(jī)24和升降器23組成，升降器23可采用螺桿爬升式、懸吊式滑輪等不同方式，優(yōu)選如圖1所示的懸吊式滑輪，利用電機(jī)24實(shí)現(xiàn)電動(dòng)控制，用于自由調(diào)整兩個(gè)反應(yīng)釜間的高差；
[0059]兩個(gè)反應(yīng)釜均由罐體、密封蓋和罐體內(nèi)的攪拌裝置組成；
[0060]具體的，自由升降反應(yīng)釜15由自由升降反應(yīng)釜罐體18-1、自由升降反應(yīng)釜密封蓋
7-1和自由升降反應(yīng)釜罐體18-1內(nèi)的自由升降反應(yīng)釜攪拌裝置9-1組成；
[0061 ] 固定反應(yīng)釜16由固定反應(yīng)釜罐體18-2、固定反應(yīng)釜密封蓋7-2和固定反應(yīng)釜罐體18-2內(nèi)的固定反應(yīng)釜攪拌裝置9-2組成；
[0062]兩個(gè)反應(yīng)釜的耐壓極限均不低于5MPa，容積根據(jù)需要確定。兩個(gè)反應(yīng)釜的罐體與密封蓋均通過(guò)螺紋連接，密封蓋用于將罐體密封形成密閉反應(yīng)釜；兩個(gè)密封蓋上均開孔，夕卜接高壓軟管17和壓力表，壓力表分別為自由升降反應(yīng)釜壓力表8-1和固定反應(yīng)釜壓力表
8-2，分別用于量測(cè)自由升降反應(yīng)釜15和固定反應(yīng)釜16內(nèi)部壓力，兩個(gè)反應(yīng)釜分別通過(guò)密封蓋開孔后外接的高壓軟管17與氣源罐I連接，在固定反應(yīng)釜16、自由升降反應(yīng)釜15與氣源罐I相連接的高壓軟管17分支管路上分別設(shè)置有第一閥門11和第二閥門12 ；
[0063]所述攪拌裝置用于攪拌反應(yīng)釜中的液體，以使氣體在液體中充分溶解，快速溶氣飽和。
[0064]進(jìn)一步，所述攪拌裝置包括傳動(dòng)桿和傳動(dòng)桿下端的葉片，傳動(dòng)桿安裝在密封蓋上，傳動(dòng)桿外接電機(jī)；
[0065]電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)桿和葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)液體的攪拌，在反應(yīng)釜內(nèi)的氣體溶于液體反應(yīng)過(guò)程中起到攪拌作用，促進(jìn)液體充分溶解氣體。
[0066]為便于外部觀測(cè)反應(yīng)釜內(nèi)部的液面變化，兩個(gè)反應(yīng)釜的罐體側(cè)壁均沿豎向設(shè)有透明觀察窗，分別為自由升降反應(yīng)釜觀測(cè)窗10-1和固定反應(yīng)釜觀測(cè)窗10-2 ;透明觀察窗選用透明耐壓玻璃板制成，其耐壓極限同反應(yīng)釜，與罐體組裝為一體，并保持整個(gè)反應(yīng)釜的氣密性與耐壓性。透明觀察窗上標(biāo)有刻度，用于反應(yīng)釜內(nèi)液面變化時(shí)對(duì)液體體積變化的量測(cè)。
[0067]自由升降反應(yīng)釜罐體18-1和固定反應(yīng)釜罐體18-2底部均開孔，分別通過(guò)高壓軟管17與外接口 A21和外接口 B22連通；其中，固定反應(yīng)釜16經(jīng)過(guò)第三閥門13和第五閥門19與外接口 A21相連，自由升降反應(yīng)釜15經(jīng)過(guò)第四閥門14和第六閥門20與外接口 B22相連。自由升降反應(yīng)釜15的自由升降反應(yīng)釜密封蓋7-1外接自由升降反應(yīng)釜壓力表8-1的高壓軟管17的管路上還設(shè)有一自由升降反應(yīng)釜支管47，自由升降反應(yīng)釜支管47的一端與自由升降反應(yīng)釜15外接自由升降壓力表8-1的管路相連，另一端連接在第四閥門14和第六閥門20間的高壓軟管17管路中。[0068]所述氣源罐1為市售裝有水溶性氣體的氣罐，一般選用CO2氣罐，氣源罐I外接減壓閥4 (減壓閥上自帶兩個(gè)壓力表:氣源壓力表一 3和氣源壓力表二 5，分別用于顯示減壓前和減壓后的壓力)，氣源罐1經(jīng)減壓閥4后通過(guò)高壓軟管17與兩個(gè)反應(yīng)釜相連通，在與兩個(gè)反應(yīng)釜連通管路分支前的主干管路上設(shè)置一截止閥6，用于切斷氣源罐I與兩個(gè)反應(yīng)釜之間的聯(lián)系。
[0069]土工三軸試驗(yàn)儀46中三軸壓力室25的孔壓接口 33、反壓接口 34可與外接口 A21、外接口 B22相連，利用自由升降反應(yīng)釜15與固定反應(yīng)釜16的高差，來(lái)實(shí)現(xiàn)安裝在三軸壓力室25內(nèi)土樣29中的水分在水頭差驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)。
[0070]本發(fā)明裝置中的各壓力表可根據(jù)試驗(yàn)要求的壓力范圍來(lái)選擇量程和精度合適的氣壓表，機(jī)械式、電測(cè)式等均可，無(wú)其它特別要求；其中，固定反應(yīng)釜壓力表8-2和自由升降反應(yīng)釜壓力表8-1選擇量程和精度合適的電測(cè)式壓力表。
[0071]本發(fā)明裝置中各管路上安裝的閥門應(yīng)與高壓軟管匹配，并滿足氣密性要求即可，無(wú)其它特別要求。
[0072]高壓軟管17選用內(nèi)徑Φ 5mm的纖維增強(qiáng)型軟管(瑞典Exitflex測(cè)試軟管EF320-04)，耐壓極限為3MPa。
[0073]本發(fā)明的高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置的整體與個(gè)體尺寸、形狀、組裝構(gòu)造可靈活變化，裝置整體與個(gè)體的耐壓極限以及量測(cè)系統(tǒng)的精度(如刻度、壓力表等)可根據(jù)需要選擇；土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)選用室內(nèi)常規(guī)土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備即可，三軸壓力室的耐壓極限應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)需要來(lái)選定。
[0074]本發(fā)明的一種高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置在應(yīng)用時(shí)，在室內(nèi)恒溫條件下才能完成含氣土樣人工定量制備，按下述步驟進(jìn)行:
[0075](I)斷開土工三軸試驗(yàn)儀46的三軸壓力室25上孔壓接口 33、反壓接口 34與土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)間的聯(lián)系，將高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置的外接口 A21、外接口 B22分別與土工三軸試驗(yàn)儀46的三軸壓力室25上的孔壓接口 33、反壓接口 34對(duì)接，檢驗(yàn)并確保整個(gè)系統(tǒng)符合氣密性要求；關(guān)閉高壓軟管17上的所有閥門。
[0076](2)斷開高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置的外接口 A21與土工三軸試驗(yàn)儀46的三軸壓力室25上孔壓接口 33的連接，按照常規(guī)土工三軸試驗(yàn)制備土樣的方法制備出土樣29，并在土工三軸儀46的三軸壓力室25內(nèi)完成土樣安裝，土樣裝樣方法同一般常規(guī)土工三軸試驗(yàn)，土樣預(yù)先不進(jìn)行飽和。
[0077](3)開啟CO2氣源罐I的氣源閥2、截止閥6、第二閥門12和第六閥門20，通過(guò)氣源壓力表一 3和氣源壓力表二 5的顯示，調(diào)整減壓閥4，使得CO2氣體以不超過(guò)15kPa的固定壓差通過(guò)自由升降反應(yīng)釜支管47，由三軸壓力室25的反壓管路35，充入土樣29中，后由試樣頂帽30、頂帽與孔壓接口連接管路38、孔壓管路36，從孔壓接口 33流入大氣中。CO2氣體持續(xù)充入時(shí)間t ^ 30min,以充分替換出存在于土樣孔隙中的空氣。
[0078](4)關(guān)閉氣源閥2，并斷開截止閥6與減壓閥4的連接；恢復(fù)高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置的外接口 A21與土工三軸試驗(yàn)儀46三軸壓力室25的孔壓接口 33的連接；打開自由升降反應(yīng)釜密封蓋7-1和固定反應(yīng)釜密封蓋7-2，分別向自由升降反應(yīng)釜罐體18-1和固定反應(yīng)釜罐體18-2內(nèi)注入除氣水，而后密封；透過(guò)自由升降反應(yīng)釜觀測(cè)窗10-1和固定反應(yīng)釜觀測(cè)窗10-2，分別記錄自由升降反應(yīng)釜罐體18-1和固定反應(yīng)釜罐體18-2內(nèi)水的初始體積；將自由升降反應(yīng)釜15提升，保持自由升降反應(yīng)釜15的釜底高度與土工三軸試驗(yàn)儀46三軸壓力室25的壓力室底座39間的高差H=2m ;開啟第一閥門11，同時(shí)開啟第三閥門13、第五閥門19和第四閥門14，使自由升降反應(yīng)釜15內(nèi)的除氣水在水頭勢(shì)能作用下，經(jīng)由土工三軸試驗(yàn)儀46三軸壓力室25的反壓接口 34、反壓管路35、試樣底座31充入土樣29，再流經(jīng)試樣頂帽30、頂帽與孔壓接口連接管路38、孔壓管路36、孔壓接口 33、外接口 A21、第五閥門19和第三閥門13后進(jìn)入固定反應(yīng)釜16內(nèi)。透過(guò)自由升降反應(yīng)釜觀測(cè)窗10-1和固定反應(yīng)釜觀測(cè)窗10-2，記錄流入土樣29與流出土樣29的水量，當(dāng)二者相等時(shí)，結(jié)束該步操作。
[0079](5)關(guān)閉第三閥門13、第五閥門19、第四閥門14及第六閥門20，并斷開高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置外接口 A21與土工三軸試驗(yàn)儀46三軸壓力室25的孔壓接口 33的連接，同時(shí)也斷開高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置外接口 B22與土工三軸試驗(yàn)儀46三軸壓力室25的反壓接口34的連接；將孔壓接口 33、反壓接口 34與土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)連接，操作土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，使三軸壓力室25內(nèi)的圍壓和反壓保持固定壓差(< IOkPa,圍壓始終要大于反壓)，圍壓和反壓保持同一速率加載，直至反壓加載至CO2氣體水溶飽和壓力；土樣29在該壓力環(huán)境下存放4h，使土樣29孔隙中殘留的CO2氣體充分溶解于水中；檢驗(yàn)B值，當(dāng)B值> 0.97時(shí)，認(rèn)為 土樣29完成飽和，結(jié)束該步操作；若B值不滿足要求時(shí)，則重復(fù)本步驟的方法，繼續(xù)升高壓力水平，直至B值滿足要求。
[0080](6) 土樣29飽和完成后，調(diào)整土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的圍壓和反壓，按照(5)中的加載方式，繼續(xù)保持圍壓與孔壓間的固定壓差(< IOkPa,圍壓始終要大于反壓)，并使反壓升至試驗(yàn)預(yù)定壓力水平(即試驗(yàn)?zāi)M的真實(shí)壓力環(huán)境，其值等于此時(shí)試樣29內(nèi)部的反壓值)。
[0081](7)恢復(fù)截止閥6與氣源罐I出口減壓閥4的連接，開啟氣源閥1，調(diào)節(jié)減壓閥4，使CO2氣體充入自由升降反應(yīng)釜15和固定反應(yīng)釜16內(nèi)，直至自由升降反應(yīng)釜壓力表8-1和固定反應(yīng)釜壓力表8-2顯示釜內(nèi)壓力達(dá)到試驗(yàn)預(yù)定壓力(與(6)中的預(yù)定壓力水平一致)。開啟兩個(gè)反應(yīng)釜中的攪拌裝置，使CO2氣體在釜內(nèi)除氣水中充分溶解。在該壓力水平下，待自由升降反應(yīng)釜壓力表8-1和固定反應(yīng)釜壓力表8-2讀數(shù)穩(wěn)定，并持續(xù)4~6h，認(rèn)為釜內(nèi)水中溶解CO2氣體達(dá)到飽和，停止攪拌。
[0082](8)斷開三軸壓力室25的孔壓接口 33、反壓接口 34與土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的連接，重新將高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置的外接口 A21與三軸壓力室25的孔壓接口 33對(duì)接，同時(shí)將外接口 B22與三軸壓力室25的反壓接口 34對(duì)接；開啟第三閥門13、第五閥門19、第四閥門14和第六閥門20，使自由升降反應(yīng)釜15內(nèi)溶解CO2氣體的溶氣水在水頭差作用下，流經(jīng)土樣29后進(jìn)入固定反應(yīng)釜16內(nèi)，以替換土樣29孔隙中的除氣水，驅(qū)替時(shí)間不少于6h。
[0083](9)關(guān)閉第五閥門19和第六閥門20，再次斷開高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置的外接口A21與三軸壓力室25的孔壓接口 33的連接，及外接口 B22與三軸壓力室25的反壓接口 34的連接；重新將三軸壓力室25的孔壓接口 33、反壓接口 34與土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)相連；通過(guò)土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)控制三軸壓力室25內(nèi)的圍壓不變，降低反壓，使土樣29中孔隙水中的CO2脫溶,從而制備成含氣土樣。反壓值的大小，可以依據(jù)由Henry定律確定的CO2氣體脫溶量與壓力的關(guān)系，由欲制備含氣土體的含氣量反算確定(借助關(guān)系，含氣飽和度+含水飽和度=1)，從而實(shí)現(xiàn)含氣土制樣過(guò)程中氣體含量的精確定量控制。
[0084]值得說(shuō)明的是，由于氣體受溫度影響顯著，上述含氣土的制備過(guò)程必須在恒溫條件下進(jìn)行，才能保證制備方法的可靠性與可控性。另外，試驗(yàn)中用的CO2氣體也可以采用其他類型的可溶性氣體，但一般情況下采用CO2氣體。
[0085]本說(shuō)明書中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置，包括氣源罐、反應(yīng)釜、升降裝置、土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)、連接管路、閥門和壓力表，所述連接管路將反應(yīng)釜和氣源罐連通； 所述氣源罐中所裝氣體為可溶性氣體； 所述土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)包括土工三軸試驗(yàn)儀、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)備； 所述連接管路為高壓軟管； 所述反應(yīng)釜有兩個(gè)，分別為固定反應(yīng)釜和自由升降反應(yīng)釜，兩個(gè)反應(yīng)釜完全相同； 其中，固定反應(yīng)釜的位置固定，固定反應(yīng)釜的釜底高度與土工三軸試驗(yàn)儀的壓力室底座高度相齊平； 自由升降反應(yīng)釜與升降裝置相連，通過(guò)升降裝置實(shí)現(xiàn)升降，自由升降反應(yīng)釜高于固定反應(yīng)釜，并可在高于固定反應(yīng)釜H≤3m的區(qū)間范圍內(nèi)自由升降； 所述兩個(gè)反應(yīng)釜均由罐體、密封蓋和罐體內(nèi)的攪拌裝置組成； 所述兩個(gè)反應(yīng)釜的罐體與密封蓋均通過(guò)螺紋連接，密封蓋用于將罐體密封形成密閉反應(yīng)釜；兩個(gè)密封蓋上均開孔，外接高壓軟管和壓力表，壓力表分別為自由升降反應(yīng)釜壓力表和固定反應(yīng)釜壓力表，分別用于量測(cè)自由升降反應(yīng)釜和固定反應(yīng)釜內(nèi)部壓力，兩個(gè)反應(yīng)釜分別通過(guò)密封蓋開孔后外接的高壓軟管與氣源罐連接，在固定反應(yīng)釜、自由升降反應(yīng)釜與氣源罐相連接的高壓軟管分支管路上分別設(shè)置有第一閥門和第二閥門； 所述兩個(gè)反應(yīng)釜的罐體側(cè)壁均沿豎向設(shè)有帶刻度的透明觀察窗，分別為自由升降反應(yīng)釜觀測(cè)窗和固定反應(yīng)釜觀測(cè)窗，透明觀察窗選用透明耐壓玻璃板制成，與罐體組裝為一體，并保持整個(gè)反應(yīng)釜的氣密性與耐壓性； 所述兩個(gè)反應(yīng)釜罐體底部均開孔，分別外接高壓軟管，并分別經(jīng)兩個(gè)閥門后形成外接口 A和外接口 B ;其中:固定反應(yīng)釜的罐體底部連接的高壓軟管管路串聯(lián)第三閥門、第五閥門后連接外接口 A，自由升降反應(yīng)釜的罐體底部連接的高壓軟管管路串聯(lián)第四閥門、第六閥門后連接外接口 B ； 所述自由升降反應(yīng)釜密封蓋外接壓力表的高壓軟管管路上還設(shè)有一支管管路，該支管管路的一端與自由升降反應(yīng)釜的外接壓力表管路相連，另一端連接在第四閥門和第六閥門間的高壓軟管管路中； 所述氣源罐外接減壓閥，減壓閥上自帶兩個(gè)壓力表:氣源壓力表一和氣源壓力表二，分別用于顯示減壓前和減壓后的壓力，氣源罐經(jīng)減壓閥后通過(guò)高壓軟管與兩個(gè)反應(yīng)釜相連通，在與兩個(gè)反應(yīng)釜連通管路分支前的主干管路上設(shè)置一截止閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述氣源罐中所裝氣體為C02。
3.權(quán)利要求1或2所述的裝置在含氣土樣人工制備中的應(yīng)用。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征在于，在恒溫條件下依次進(jìn)行以下操作: (1)斷開土工三軸試驗(yàn)儀的三軸壓力室上孔壓接口、反壓接口與土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)間的聯(lián)系，將高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置的外接口 A、外接口 B分別與土工三軸試驗(yàn)儀的三軸壓力室上的孔壓接口、反壓接口對(duì)接，檢驗(yàn)并確保整個(gè)系統(tǒng)符合氣密性要求；關(guān)閉高壓軟管上的所有閥門； (2)斷開高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置的外接口A與土工三軸試驗(yàn)儀的三軸壓力室上孔壓接口處的連接，按照常規(guī)土工三軸試驗(yàn)制備土樣的方法制備土樣，并在三軸壓力室內(nèi)完成土樣安裝，土樣裝樣方法同常規(guī)土工三軸試驗(yàn)，土樣預(yù)先不進(jìn)行飽和；(3)開啟氣源閥、截止閥、第二閥門和第六閥門，調(diào)節(jié)減壓閥，使氣源罐中的氣體通過(guò)自由升降反應(yīng)釜的支管管路，并以不超過(guò)15kPa的固定壓差由土工三軸試驗(yàn)儀的試樣底座持續(xù)充入土樣，流經(jīng)土樣上端的孔壓管路、頂帽與孔壓接口連接管路，由三軸壓力室的孔壓接口流入大氣，持續(xù)時(shí)間t≥30min ； (4)關(guān)閉氣源閥，并斷開截止閥與減壓閥的連接；恢復(fù)高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置的外接口 A與土工三軸試驗(yàn)儀三軸壓力室的孔壓接口的連接；打開兩個(gè)反應(yīng)釜密封蓋，分別向兩個(gè)反應(yīng)釜罐體內(nèi)注入除氣水，而后將密封蓋密封，透過(guò)反應(yīng)釜罐體側(cè)壁的透明觀察窗，記錄罐體內(nèi)水的初始體積；將自由升降反應(yīng)釜提升，保持自由升降反應(yīng)釜罐體底部高度與土工三軸試驗(yàn)儀的壓力室底座間的高差H ≤3m ;開啟第一閥門，同時(shí)開啟兩個(gè)反應(yīng)釜罐體底部與外接口 A、外接口 B相連管路上的第三閥門、第五閥門及第四閥門，使自由升降反應(yīng)釜內(nèi)的除氣水通過(guò)管路充入土樣，再由土樣頂部流出后流進(jìn)固定反應(yīng)釜內(nèi)；通過(guò)反應(yīng)釜罐體側(cè)壁的透明觀察窗，記錄流入土樣與流出土樣的水量差，當(dāng)二者相等時(shí)，結(jié)束該步操作； (5)關(guān)閉反應(yīng)釜與外接口A、外接口 B連接管路上的第三閥門、第五閥門、第四閥門及第六閥門，并斷開外接口 A與三軸壓力室孔壓接口的連接，同時(shí)也斷開外接口 B與三軸壓力室反壓接口的連接；將三軸壓力室的孔壓接口、反壓接口與土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)相連，操作土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，使三軸壓力室內(nèi)的圍壓和反壓保持不大于IOkPa的固定壓差，圍壓始終大于反壓，圍壓和反壓保持同一速率加載，直至反壓加載至試驗(yàn)用水溶性氣體的水溶飽和壓力水平；土樣在該壓力環(huán)境下存放4h，使土樣孔隙中殘留的氣體充分溶解于水中；檢驗(yàn)B值，當(dāng)B值≥0.97時(shí)，結(jié)束該步操作；若B值不滿足要求，則重復(fù)本步驟的方法，繼續(xù)升高反壓的壓力水平，直至B值滿足要求； (6)土樣完全飽和后，調(diào)整土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的圍壓和反壓，按照(5)中的加載方式，繼續(xù)保持圍壓與孔壓間的固定壓差，并使反壓升至試驗(yàn)預(yù)定壓力水平； (7)恢復(fù)截止閥與氣源罐出口減壓閥的連接；開啟氣源閥，調(diào)節(jié)氣減壓閥，使氣體充入兩個(gè)反應(yīng)釜內(nèi)，至兩個(gè)反應(yīng)釜內(nèi)壓力均達(dá)到試驗(yàn)預(yù)定壓力，開啟兩個(gè)反應(yīng)釜中的攪拌裝置，使氣體與釜內(nèi)除氣水充分混合溶解；在該壓力水平下，待反應(yīng)釜壓力表讀數(shù)穩(wěn)定后，持續(xù)4~6h,停止攪拌； (8)切斷三軸壓力室的孔壓接口、反壓接口與土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的聯(lián)系，重新將高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置的外接口 A與三軸壓力室的孔壓接口對(duì)接，同時(shí)將外接口 B與三軸壓力室的反壓接口對(duì)接；開啟第三閥門、第五閥門、第四閥門及第六閥門，使自由升降反應(yīng)釜內(nèi)溶解了氣體的溶氣水在水頭差作用下，流經(jīng)土樣后進(jìn)入固定反應(yīng)釜內(nèi)，以替換飽和土樣中的除氣水，驅(qū)替時(shí)間不少于6h ； (9)關(guān)閉第五閥門和第六閥門，切斷高壓溶氣飽和試驗(yàn)裝置外接口A與三軸壓力室孔壓接口的連接，同時(shí)也斷開外接口 B與三軸壓力室反壓接口的連接；重新將三軸壓力室的孔壓接口、反壓接口與土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)相連；通過(guò)土工三軸試驗(yàn)系統(tǒng)控制圍壓不變，降低反壓，使土樣孔隙水中的氣體脫溶，從而制備成含氣土樣。
【文檔編號(hào)】G01N1/28GK103792118SQ201410027361
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】王勇, 孔令偉, 李雄威, 楊愛武, 王艷麗, 許鵬程 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所