CN106769334A - 一种三轴试验土样饱和装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于油田勘察装置，具体涉及一种三轴试验土样饱和装置和方法。它包括设有一的上开口的外圆柱形桶体；盖合于所述外圆柱形桶体的上开口上的桶盖；位于所述外圆柱形桶体内的内空心圆柱体；所述外圆柱形桶体具有一桶底板，所桶底板的上表面向下凹设一凹槽；所述内空心圆柱体由一圆柱形筒壁和盖设于所述圆柱形筒壁上方的内顶板组成，所述圆柱形筒壁的下端面位于所述凹槽内。此饱和装置结构简单、轻巧、携带方便。相比之前的饱和装置，此饱和装置一次只饱和一个土样，可以一边饱和土样一边做三轴试验，其结果更及时准确。

Description

一种三轴试验土样饱和装置和方法

技术领域

本发明属于油田勘察装置，具体涉及一种三轴试验土样饱和装置和方法。

背景技术

当今，有些油田位于黄土高原区，该黄土高原区的黄土主要由粉质粘土、粉土组成，每年产建任务重，勘察工作量大。勘察工作经常需要做各种三轴剪切试验，采用现有的设备和方法，三轴剪切试验耗时长，工序复杂，尤其样品制备中的土样饱和费时。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种三轴试验土样饱和装置和方法，采用该装置和方法能大大缩短样品饱和时间，提高三轴剪切工作效率，推广应用前景良好。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种三轴试验土样饱和装置，包括设有一的上开口的外圆柱形桶体；盖合于所述外圆柱形桶体的上开口上的桶盖；位于所述外圆柱形桶体内的内空心圆柱体；所述外圆柱形桶体具有一桶底板，所桶底板的上表面向下凹设一凹槽；所述内空心圆柱体由一圆柱形筒壁和盖设于所述圆柱形筒壁上方的内顶板组成，所述圆柱形筒壁的下端面位于所述凹槽内。

优选的，所述外圆柱形桶体包括外桶壁；所述外桶壁设有一段内螺纹；所述桶盖包括一外顶板；所述外顶板由其下表面还向下延伸一圆环部；所述圆环部外侧设有一段外螺纹，所述外螺纹与所述外桶壁的内螺纹配合。

优选的，所述桶底板的中间位置开设一第一螺纹孔，所述第一螺纹孔的轴线与所述外圆柱形桶体的轴线同轴。

优选的，所述凹槽的轴线也与所述外圆柱形桶体的轴线同轴，且所述凹槽连通所述第一螺纹孔。

优选的，所述桶盖包括一外顶板；所述外顶板上在不同位置处设有多个第二螺纹孔。

优选的，所述外顶板由其下表面的中心处向下设有一中空的凸起部；该凸起部连通三个第二螺纹孔中处于中间的那个第二螺纹孔。

优选的，所述凸起部具有一凸起底板；所述凸起底板上设有多个第二通孔。

优选的，该装置整体由有机玻璃制成。

本发明的另一目的，提供一种三轴试验土样饱和方法，包括以下步骤，

步骤1：在饱和试样前，先计算土样的饱和含水量，接着称重土样，然后在土样顶部和底部分别放上滤纸和透水石，将放上滤纸和透水石的土样用橡皮膜裹好，土样顶部和底部分别预留部分长度的橡皮膜，再称总重；

步骤2：装样时，先将土样顶部预留的橡皮膜套在桶盖的凸起部上，再用橡皮圈箍在凸起部外面；然后将土样底部预留的橡皮膜套在内空心圆柱体上，同样用橡皮圈箍紧内空心圆柱体外面；至此，土样已和饱和装置的桶盖和内空心圆柱体连成了一体，最后将此整体旋进饱和装置里底部带有凹槽的外圆柱形桶体的内桶壁中，保证外圆柱形桶体和内空心圆柱体中心线在同一条线上；

步骤3：土样装好后，将整个饱和装置放在一个侧壁开孔的圆环上，在装置的所有螺纹孔处都接上快速接口，然后在外圆柱形桶体的桶底板中心的快速接口处插上管子，将此管子从支撑整个装置的圆环的侧壁的孔里拿出来，并连接在一个抽气泵上；至此，饱和前的所有准备工作做完；

步骤4： 接下来，开始饱和土样；先用二氧化碳进行饱和，将准备好的二氧化碳发生器连接在桶盖外顶板中心的快速接口上，调好进气速度，一边进气一边用抽气泵抽，此过程进行一个小时；二氧化碳饱和完后，在桶盖外顶板中心的快速接口换上有水头压力的管子，将抽气泵换成抽水泵，调好进水速率，开始水头饱和，水头饱和的过程中隔一段时间用抽水泵抽一下，此过程重复进行24小时；

步骤5：等所有的饱和过程完成后，将裹有橡皮膜的土样从装置上拆下来，称重，与饱和前的总质量对比，并减去透水石的吸水量，计算土样实际的增重量，再与之前计算的土样饱和含水量对比，看土样实际的增水量是否已经大于计算的土样饱和含水量，若大于等于，则可以接着进行此饱和土样的三轴试验，若小于，则按以上步骤继续进行土样的饱和过程，直至土样实际的增水量大于计算的土样饱和含水量后，再上三轴仪进行此饱和土样的三轴试验。

本发明的有益效果：

1、此饱和装置结构简单、轻巧、携带方便。

2、相比之前的饱和装置，此饱和装置一次只饱和一个土样，可以一边饱和土样一边做三轴试验，其结果更及时准确。

3、此饱和装置可以将二氧化碳饱和、水头饱和及抽真空饱和方法组合起来使用，其饱和更快速，饱和度也更高。经过试验，尤其是前期二氧化碳饱和的使用，将土样里的很多小气泡赶走，对土样最后的饱和度高低起着很重要的作用。

4、此饱和装置桶盖外顶板两侧也留了两个第二螺纹孔并接上快速接口，其可以和三轴仪配套的气压控制器一起使用，即在土样水头饱和的过程中用气压控制器给土样加围压，这样可以减少土样在水头饱和过程中出现裂缝、发生塌陷的危险；

5、此饱和装置在水头饱和时也可以用三轴仪配套的反压控制器给土样进水，这样水流会更稳定更均匀，土样也不会轻易塌陷，饱和效果也会更好；

6、由于饱和完的土样一般比较软，而此饱和装置在饱和土样前已经给土样装好橡皮膜，这样在饱和完后拿出土样时，在很大程度上既减小了土样在拿出过程中被破坏的可能性，又可以避免在上三轴仪前给土样装橡皮膜时其发生破环。

附图说明

图1为本发明实施例三轴试验土样饱和装置部分分解图的剖面示意图；

图2为本发明实施例三轴试验土样饱和装置的内空心圆柱体的俯视图；

图3为本发明实施例三轴试验土样饱和装置的内空心圆柱体的正视图；

图4为本发明实施例三轴试验土样饱和装置的内空心圆柱体的侧视图；

图5为本发明实施例三轴试验土样饱和装置的外圆柱形桶体的正视图；

图6为本发明实施例三轴试验土样饱和装置的外圆柱形桶体的俯视图；

图7为本发明实施例三轴试验土样饱和装置的桶盖的正视图；

图8为本发明实施例三轴试验土样饱和装置的桶盖的侧视图；

图9为本发明实施例三轴试验土样饱和装置的桶盖的俯视图。

图中：1、外圆柱形桶体；2、桶盖；3、内空心圆柱体；4、桶底板；5、圆柱形筒壁；6、内顶板；7、第一通孔；8、外桶壁；9、第一螺纹孔；10、外顶板；11、第二螺纹孔；12、凸起部；13、凸起底板；14、第二通孔；15、圆环部；16、凹槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例1

如图1至图9所示，本发明提供的三轴试验土样饱和装置，它包括设有一的上开口的外圆柱形桶体1；盖合于所述外圆柱形桶体1的上开口上的桶盖2；位于所述外圆柱形桶体1内的内空心圆柱体3；所述外圆柱形桶体1具有一桶底板4，所述桶底板4的上表面向下凹设一凹槽16；所述内空心圆柱体3由一圆柱形筒壁5和盖设于所述圆柱形筒壁5上方的内顶板6组成，所述圆柱形筒壁5的下端面位于所述凹槽16内。

相比之前的饱和装置，该饱和装置结构简单、轻巧、携带方便；此饱和装置一次只饱和一个土样，可以一边饱和土样一边做三轴试验，其结果更及时准确；

实施例2

在实施例1的基础上，如图4所示，所述圆柱形筒壁5上方的内顶板6上开设第一通孔7，该第一通孔7通过管子连接抽气泵，起抽气作用。

实施例3

在实施例1的基础上，如图5至6所示，所述外圆柱形桶体1包括外桶壁8；封闭于所述外桶壁8下端开口的桶底板4。

所述外桶壁8设有一段内螺纹，所述内螺纹的长度为12mm。

所述桶底板4的中间位置开设一第一螺纹孔9，所述第一螺纹孔9的轴线与所述外圆柱形桶体1的轴线同轴。所述第一螺纹孔9的直径为10mm。

所述凹槽16的轴线也与所述外圆柱形桶体1的轴线同轴，且所述凹槽16连通所述第一螺纹孔9。所述凹槽16深5mm；直径为38.5mm。

实施例4

在实施例2基础上，如图7至图9所示，所述桶盖2包括一外顶板10。所述外顶板10上在不同位置处设有三个第二螺纹孔11。

所述外顶板10的中心位置处设有一直径为10mm的第二螺纹孔11，用以外接快速接口，该快速接口连接二氧化碳发生器或者水头压力的管子等，以进行二氧化碳饱和和水头饱和。

所述外顶板10上在中间位置的两侧还设有两个第二螺纹孔11，这两个第二螺纹孔11接上快速接口后，可以和三轴仪配套的气压控制器一起使用，即在土样水头饱和的过程中用气压控制器给土样加围压，这样可以减少土样在水头饱和过程中出现裂缝、发生塌陷的危险。

所述外顶板10由其下表面的中心处向下设有一中空的凸起部12，该凸起部12连通处于中间位置的第二螺纹孔11。所述凸起部12侧壁厚4mm。

所述凸起部12具有一凸起底板13；所述凸起底板13上设有多个第二通孔14。所述第二通孔14的横截面可根据需要设置成圆形等。所述凸起底板13厚5mm。

所述外顶板10由其下表面还向下延伸一圆环部15，所述圆环部15位于所述凸起部12的外围。

所述圆环部15高10mm，宽7mm。所述圆环部15外侧设有一段外螺纹，所述外螺纹与所述外圆柱形桶体1的所述外桶壁8的内螺纹配合，将所述桶盖2与所述外圆柱形桶体1连接起来。

实施例5

在实施例1的基础上，如图2至图4所示，该装置整体由有机玻璃制成，采用有机玻璃，不仅透明易观察，容易监视试验过程；而且强度满足试验要求，基本在700kPa内；同时轻便，易操作。

实施例6

本发明提供了一种三轴试验土样饱和方法，包括以下步骤：

步骤1：在饱和试样前，先计算土样的饱和含水量，接着称重土样，然后在土样顶部和底部分别放上滤纸和透水石，将放上滤纸和透水石的土样用橡皮膜裹好，土样顶部和底部分别预留部分长度的橡皮膜，再称总重。

其中，饱和含水量的计算方法为现有方法，在此不再详细描述。

其中，可采用承样桶将放上滤纸和透水石的土样用橡皮膜裹好。

步骤2：装样时，先将土样顶部预留的橡皮膜套在桶盖2的凸起部12上，再用橡皮圈箍在凸起部12外面；然后将土样底部预留的橡皮膜套在内空心圆柱体3上，同样用橡皮圈箍紧内空心圆柱体3外面。至此，土样已和饱和装置的桶盖2和内空心圆柱体3连成了一体，最后将此整体旋进饱和装置里底部带有凹槽16的外圆柱形桶体1的内桶壁中，保证外圆柱形桶体1和内空心圆柱体3中心线在同一条线上；

步骤3：土样装好后，将整个饱和装置放在一个侧壁开孔的圆环上，在装置的所有螺纹孔处都接上快速接口，然后在外圆柱形桶体1的桶底板4中心的快速接口处插上管子，将此管子从支撑整个装置的圆环的侧壁的孔里拿出来，并连接在一个抽气泵上。至此，饱和前的所有准备工作做完；

其中，所有螺纹孔包括设置在所述桶盖2外顶板10上的第二螺纹孔11，以及设置在所述外圆柱形桶体1的桶底板4上的第一螺纹孔9。

其中，所述圆环为已知的工具，主要起固定饱和器的作用。

步骤4： 接下来，开始饱和土样。先用二氧化碳进行饱和，将准备好的二氧化碳发生器连接在桶盖2外顶板10中心的快速接口上，调好进气速度，一边进气一边用抽气泵抽，此过程进行一个小时。二氧化碳饱和完后，在桶盖2外顶板10中心的快速接口换上有水头压力的管子，将抽气泵换成抽水泵，调好进水速率，开始水头饱和，水头饱和的过程中隔一段时间用抽水泵抽一下，此过程重复进行24小时；

步骤5：等所有的饱和过程完成后，将裹有橡皮膜的土样从装置上拆下来，称重，与饱和前的总质量对比，并减去透水石的吸水量，计算土样实际的增重量，再与之前计算的土样饱和含水量对比，看土样实际的增水量是否已经大于计算的土样饱和含水量，若大于等于，则可以接着进行此饱和土样的三轴试验，若小于，则按以上步骤继续进行土样的饱和过程，直至土样实际的增水量大于计算的土样饱和含水量后，再上三轴仪进行此饱和土样的三轴试验。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种三轴试验土样饱和装置，其特征在于：包括设有一上开口的外圆柱形桶体（1）；盖合于所述外圆柱形桶体（1）的上开口上的桶盖（2）；位于所述外圆柱形桶体（1）内的内空心圆柱体（3）；所述外圆柱形桶体（1）具有一桶底板（4），所桶底板（4）的上表面向下凹设一凹槽（16）；所述内空心圆柱体（3）由一圆柱形筒壁（5）和盖设于所述圆柱形筒壁（5）上方的内顶板（6）组成，所述圆柱形筒壁（5）的下端面位于所述凹槽（16）内。

2.根据权利要求1所述的三轴试验土样饱和装置，其特征在于：所述外圆柱形桶体（1）包括外桶壁（8）；所述外桶壁（8）设有一段内螺纹；所述桶盖（2）包括一外顶板（10）；所述外顶板（10）由其下表面向下延伸一圆环部（15）；所述圆环部（15）外侧设有一段外螺纹，所述外螺纹与所述外桶壁（8）的内螺纹配合。

3.根据权利要求1所述的三轴试验土样饱和装置，其特征在于：所述桶底板（4）的中间位置开设一第一螺纹孔（9），所述第一螺纹孔（9）的轴线与所述外圆柱形桶体（1）的轴线同轴。

4.根据权利要求3所述的三轴试验土样饱和装置，其特征在于：所述凹槽（16）的轴线与所述外圆柱形桶体（1）的轴线同轴，且所述凹槽（16）连通所述第一螺纹孔（9）。

5.根据权利要求1所述的一种三轴试验土样饱和装置，其特征在于：所述桶盖（2）包括一外顶板（10）；所述外顶板（10）上在不同位置处设有多个第二螺纹孔（11）。

6.根据权利要求5所述的三轴试验土样饱和装置，其特征在于：所述外顶板（10）由其下表面的中心处向下设有一中空的凸起部（12）；该凸起部（12）连通其中一第二螺纹孔（11）。

7.根据权利要求6所述的三轴试验土样饱和装置，其特征在于：所述凸起部（12）具有一凸起底板（13）；所述凸起底板（13）上设有多个第二通孔（14）。

8.根据权利要求1所述的三轴试验土样饱和装置，其特征在于：该装置整体由有机玻璃制成。

9.一种采用权利要求1所述装置的三轴试验土样饱和方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1：在饱和试样前，先计算土样的饱和含水量，接着称重土样，然后在土样顶部和底部分别放上滤纸和透水石，将放上滤纸和透水石的土样用橡皮膜裹好，土样顶部和底部分别预留部分长度的橡皮膜，再称总重；

步骤2：装样时，先将土样顶部预留的橡皮膜套在桶盖（2）的凸起部（12）上，再用橡皮圈箍在凸起部（12）外面；然后将土样底部预留的橡皮膜套在内空心圆柱体（3）上，同样用橡皮圈箍紧内空心圆柱体（3）外面；至此，土样已和饱和装置的桶盖（2）和内空心圆柱体（3）连成了一体，最后将此整体旋进饱和装置里底部带有凹槽（16）的外圆柱形桶体（1）的内桶壁中，保证外圆柱形桶体（1）和内空心圆柱体（3）中心线在同一条线上；

步骤3：土样装好后，将整个饱和装置放在一个侧壁开孔的圆环上，在装置的所有螺纹孔处都接上快速接口，然后在外圆柱形桶体（1）的桶底板（4）中心的快速接口处插上管子，将此管子从支撑整个装置的圆环的侧壁的孔里拿出来，并连接在一个抽气泵上；至此，饱和前的所有准备工作做完；

步骤4：接下来，开始饱和土样；先用二氧化碳进行饱和，将准备好的二氧化碳发生器连接在桶盖（2）的外顶板（10）中心的快速接口上，调好进气速度，一边进气一边用抽气泵抽，此过程进行一个小时；二氧化碳饱和完后，在桶盖（2）的外顶板（10）中心的快速接口换上有水头压力的管子，将抽气泵换成抽水泵，调好进水速率，开始水头饱和，水头饱和的过程中隔一段时间用抽水泵抽一下，此过程重复进行24小时；

步骤5：等所有的饱和过程完成后，将裹有橡皮膜的土样从装置上拆下来，称重，与饱和前的总质量对比，并减去透水石的吸水量，计算土样实际的增重量，再与之前计算的土样饱和含水量对比，看土样实际的增水量是否已经大于计算的土样饱和含水量，若大于等于，则可以接着进行此饱和土样的三轴试验，若小于，则按以上步骤继续进行土样的饱和过程，直至土样实际的增水量大于计算的土样饱和含水量后，再上三轴仪进行此饱和土样的三轴试验。