【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于岩土工程离心试验装置，涉及一种高饱和度含气砂边坡离心试验模型箱及其试验方法。
技术介绍
1、高饱和度海相含气砂层在近海、湖泊、大陆架、深海等区域均有广泛的分布，即使在我国沿海、沿江区域，由于软土中有机质含量高，分解后形成沼气储存于上覆或下伏的粉砂、贝壳砂、粉土层中，易于在上下黏土层的封闭下形成含气砂层。
2、从海洋工程来看，含气砂层中的气体以游离气泡的形式存在于土骨架之间，气体的存在明显改变了砂土的力学性质，同时由于其高饱和度的特性也极易发生流动液化现象(静态液化)。海床边坡失稳的一个主要原因之一是高饱和度含气土的流动液化。
3、然而，目前针对高饱和度含气砂边坡的失稳原因研究主要停留在三轴试验研究和数值分析层面，缺乏可靠的含气边坡离心模型试验结果。其原因是尚没有能制备高饱和度含气砂边坡的离心试验设备。
4、为了研究高饱和度含气砂边坡的失稳机理，建立有效的预防和处理措施，有必要专利技术一种高饱和度含气砂边坡的离心试验模型箱，实现含均匀游离气泡的高饱和度含气砂边坡制备和离心试验研究，为含游离气泡的高饱和度含气砂边坡研究打下设备基础。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种高饱和度含气砂边坡离心试验模型箱及其试验方法，以解决上述
技术介绍
中难以开展高饱和度含气砂边坡离心试验研究的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种高饱和度含气砂边坡离心试验模型箱,包括离心模型箱、上方水罐、下方水
4、所述的离心模型箱包括箱体、顶盖、模型箱玻璃视窗、模型箱压力表、模型箱第一阀门、模型箱第二阀门、模型箱第三阀门，所述的箱体为上方开口的箱体结构，侧面设有模型箱玻璃视窗，上方通过螺栓与顶盖连接，顶盖上方设有模型箱压力表和模型箱第一阀门，所述的箱体侧面设有模型箱第二阀门和模型箱第三阀门；
5、所述的上方水罐包括上方罐体、上方水罐压力表、上方水罐第一阀门、上方水罐第二阀门和上方水罐玻璃视窗，所述的下方水罐包括下方罐体、上方水罐压力表、下方水罐第一阀门、下方水罐第二阀门和下方水罐玻璃视窗；上方水罐和下方水罐结构一致，罐体上表面设置对应的水罐压力表和水罐第一阀门，侧面设置对应的水罐玻璃视窗和水罐第二阀门；
6、所述的模型箱的各阀门与上方水罐、下方水罐的各阀门之间可根据需要通过尼龙管进行连接；所述的上方水罐、下方水罐的各阀门和co2气罐之间根据需要通过三通及尼龙管进行连接。
7、进一步的,所述的箱体底部设有u形水管，且所述的所述的u形水管与模型箱第三阀门连接；所述的u形水管每隔一段间距设有圆形开孔，并嵌固透水石。
8、进一步的,所述箱体底部中心线上并排固定三个孔压传感器，所述箱体侧面固定一个tdr时域反射计。
9、进一步的,所述箱体上端设有一圈的凹槽，所述凹槽上放置垫圈。
10、进一步的,所述顶盖边缘设有至少6个螺栓孔，并通过螺栓与箱体连接。
11、进一步的,所述顶盖上表面对称设有两个把手。
12、进一步的,所述的co2气罐阀门处安装有气罐压力表。
13、一种高饱和度含气砂边坡离心试验方法，利用上述高饱和度含气砂边坡离心试验模型箱实现，具体步骤如下：
14、步骤一：水下边坡制备
15、关闭模型箱第二阀门和模型箱第三阀门，根据设定的边坡尺寸，在离心模型箱内采取撒砂的方式制备边坡；
16、上方水罐内填充无气水，置于离心模型箱上方1m高度处，采用尼龙管连接上方水罐第二阀门和模型箱第三阀门；
17、打开上方水罐第二阀门、模型箱第二阀门和模型箱第三阀门，使无气水在水头差的作用下流入离心模型箱，并达到指定水位；
18、步骤二：安装顶盖
19、箱体上方安装顶盖，并用螺栓固定；
20、步骤三：饱和co2溶液制备
21、上方水罐内填充足够的无气水，co2气罐通过尼龙管和三通分别与上方水罐第二阀门和下方水罐第二阀门相连，下方水罐第一阀门通过尼龙管与模型箱第一阀门相连，关闭上方水罐第一阀门、模型箱第二阀门和模型箱第二阀门；
22、打开co2气罐阀门，使离心模型箱、上方水罐和下方水罐都保持恒定压力p1；
23、步骤四：孔隙液置换
24、静置3天，使上方水罐内的co2溶液达到饱和；
25、关闭所有阀门，重新连接尼龙管，使co2气罐通过三通分别与上方水罐第一阀门和下方水罐第一阀门相连，上方水罐第二阀门与模型箱第三阀门相连，下方水罐第二阀门与模型箱第二阀门相连；
26、将上方水罐置于离心模型箱上方1m处，下方水罐置于离心模型箱下方0.5m处；
27、打开co2气罐至压力达到p1，分别打开上方水罐和下方水罐的所有阀门，打开模型箱第二阀门和模型箱第三阀门，使饱和co2溶液在水头差的作用下置换边坡内部孔隙液；
28、步骤五：降压生成高饱和度含气边坡
29、置换完成后，关闭所有阀门，重新连接尼龙管，使co2气罐与模型箱第一阀门相连；
30、打开co2气罐至压力达到p1，打开模型箱第一阀门，通过调节co2气罐压力和模型箱第二阀门，使离心模型箱内压力逐渐降低至p2，并保持压力恒定；降压过程使饱和co2溶液中的co2析出，并在边坡内部形成游离气泡，进而完成高饱和度含气砂边坡的制备；
31、步骤六：开始离心试验
32、关闭离心模型箱和co2气罐所有阀门，断开离心模型箱与co2气罐的连接，并开始试验。
33、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
34、(1)上方水罐、下方水罐及co2气罐共同组成了饱和co2溶液制备和置换系统，可实现不同压力下的饱和co2溶液制备及边坡孔隙液的置换。离心模型箱、上方水罐、下方水罐及co2气罐上设有压力表，可监测饱和co2溶液制备及边坡孔隙液置换时的压力变化。同时，离心模型底部设有开孔的水管，饱和co2溶液从底部水管流入边坡，自上而下置换孔隙液，提升了置换效率，也保证了孔隙液浓度的均匀性。
35、(2)离心模型箱可直接通过co2气罐和模型箱第二阀门的放气控制离心模型箱内部压力，使压力逐级缓慢从p2降低至p1，实现了饱和co2溶液在降压过程中均匀的生成游离气体。气体的产生可通过模型箱玻璃视窗直接观察，边坡土体的饱和度也可通过箱体侧面的tdr时域反射计监测，边坡坡底设有三个孔压计，可以监测离心试验过程中边坡各区域的超孔压变化，从而确保了试验变量的可控性，进而提升了试验结果的可靠性。
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1.一种高饱和度含气砂边坡离心试验模型箱,其特征在于，包括离心模型箱(1)、上方水罐(2)、下方水罐(3)和CO2气罐(6)；
2.根据权利要求1所述的一种高饱和度含气砂边坡离心试验模型箱,其特征在于，所述箱体(109)上端设有一圈的凹槽(107)，所述凹槽(107)上放置垫圈(106)。
3.根据权利要求1所述的一种高饱和度含气砂边坡离心试验模型箱,其特征在于，所述顶盖(105)边缘设有至少6个螺栓孔，并通过螺栓(103)与箱体(109)连接。
4.根据权利要求1所述的一种高饱和度含气砂边坡离心试验模型箱,其特征在于，所述顶盖(105)上表面对称设有两个把手(104)。
5.根据权利要求1所述的一种高饱和度含气砂边坡离心试验模型箱,其特征在于，所述的CO2气罐(6)阀门处安装有气罐压力表(4)。
6.一种高饱和度含气砂边坡离心试验方法，其特征在于，利用如权利要求1-5任一项所述的高饱和度含气砂边坡离心试验模型箱实现，具体步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种高饱和度含气砂边坡离心试验模型箱,其特征在于，包括离心模型箱(1)、上方水罐(2)、下方水罐(3)和co2气罐(6)；
2.根据权利要求1所述的一种高饱和度含气砂边坡离心试验模型箱,其特征在于，所述箱体(109)上端设有一圈的凹槽(107)，所述凹槽(107)上放置垫圈(106)。
3.根据权利要求1所述的一种高饱和度含气砂边坡离心试验模型箱,其特征在于，所述顶盖(105)边缘设有至少6个螺栓孔，并通过螺栓(103)...
【专利技术属性】
技术研发人员：童森杰，黄茂松，时振昊，沈侃敏，王滨，张文龙，王海宇，孙长江，杨宏毅，余学佳，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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