CN110534008B - 一种模拟填海造陆中珊瑚砂压密挤实过程的可视化装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种模拟填海造陆中珊瑚砂压密挤实过程的可视化装置，包括透明的外部可视盒，外部可视盒的四侧壁和底板上开设有多个安装孔洞，外部可视盒的内部空间放置有可移动可视盒，可移动可视盒为由四个透明侧壁板、透明底板以及透明盖板组成的盒体，多个固定调节装置穿过多个安装孔洞将四个透明侧壁板以及透明底板固定拼接成一个整体盒体，可移动可视盒的透明底板中部设置有安装块，膨胀剂加入管与安装块相配合，各透明侧壁板以及透明底板上均匀布设有多个排水孔。本发明提供的模拟填海造陆中珊瑚砂压密挤实过程的可视化装置及方法，可以解决可视化不足，模拟压砂过程拟真程度较低的问题，提前给填海造陆过程提供可靠数据。

Description

一种模拟填海造陆中珊瑚砂压密挤实过程的可视化装置及 方法

技术领域

本发明涉及模拟填海造陆技术领域，尤其是一种模拟填海造陆中珊瑚砂压密挤实过程的可视化装置及方法。

背景技术

由于珊瑚砂每个方向所受的力必定是不同的，现有的装置无法控制装置内珊瑚砂的四边所受的压力也无法实验四边压力不同且可调的效果，对于装置内部珊瑚砂压实过程的观察不够清晰直观，且模拟的条件与实际条件存在较大差别，无法真实模拟实际填海造陆中珊瑚砂压密挤实过程，也无法测试有显著压碎性质的珊瑚砂的挤密效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种模拟填海造陆中珊瑚砂压密挤实过程的可视化装置及方法，可以解决可视化不足，模拟压砂过程拟真程度较低的问题，提前给填海造陆过程提供可靠数据。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种模拟填海造陆中珊瑚砂压密挤实过程的可视化装置，包括透明的外部可视盒，外部可视盒的四侧壁和底板上开设有多个安装孔洞，外部可视盒的内部空间放置有可移动可视盒，可移动可视盒为由四个透明侧壁板、透明底板以及透明盖板组成的盒体，多个固定调节装置穿过多个安装孔洞将四个透明侧壁板以及透明底板固定拼接成一个整体盒体，可移动可视盒的透明底板中部设置有安装块，膨胀剂加入管与安装块相配合，各透明侧壁板上均匀布设有多个排水孔。

固定调节装置包括气动弹簧和螺栓弹簧。

气动弹簧设置于透明侧壁板以及透明底板的一侧的两端处；螺栓弹簧对称分布于透明侧壁板以及透明底板中心线两侧。

各透明侧壁板以及透明底板的连接处安装有防漏装置。

防漏装置为波折形碳纤维布条状体。

外部可视盒的各壁上均设置有刻度。

一种采用上述可视化装置模拟填海造陆中珊瑚砂压密挤实过程的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：调节各气动弹簧和螺栓弹簧以调节可移动可视盒的四个透明侧壁板以及透明底板的可变形能力；

步骤2：调节好可变形能力后，将膨胀剂加入管通过安装块固定安装在可移动可视盒内部；

步骤3：在可移动可视盒内部四侧及底部安装孔隙水压力计；

步骤4：假设可移动可视盒的高度为H，向可移动可视盒内部填充多层珊瑚砂形成珊瑚砂填充层直至可移动可视盒内部空间被填满，珊瑚砂填充层的高度为1/6H-1/4H，在每两层珊瑚砂填充层之间铺设一层粉状的不与水反应的染料层,各染料层的颜色不同，各染料层的四周同一高度的位置埋设有应力测试片；

步骤5：当珊瑚砂充满可移动可视盒内部空间后，抽出膨胀剂加入管，在可移动可视盒内留出的空间内的适当位置加入膨胀剂；

步骤6：盖上透明盖板对珊瑚砂顶部进行加压；

步骤7：通过各透明侧壁板的刻度观察染料轨迹并记录，记录各孔隙水压力计和各应力测试片的数值，然后在外部可视盒与可移动可视盒之间的空间进行多次加水，每次加水的高度为珊瑚砂填充层的高度，每次加水之后对珊瑚砂进行压实，再放置一段时间后观察并记录各项数据，直至加水的次数与珊瑚砂填充层的层数相同时停止，即完成填海造陆中珊瑚砂压密挤实过程的模拟。

步骤6中，每次加水后的放置时间为10-20分钟。

步骤4中加入的珊瑚砂为混合有促进珊瑚砂固结的微生物的珊瑚砂。

本发明提供的模拟填海造陆中珊瑚砂压密挤实过程的可视化装置及方法，有益效果如下：

1、采用外部可视盒和可移动可视盒，在观测实验结果时不会因装置的移动而影响数据的准确度；且在每两层珊瑚砂层之间加入染料，可以有效地观测珊瑚砂压实过程的变形，从而推算出其压实路径，内侧的可移动可视盒还可更加真实地模拟珊瑚砂的渗水情况。

2、可移动可视盒的四个侧壁以及底板可以移动，可以有效地减小侧边的摩擦力与实际不符的情况，并保证珊瑚砂不向四侧漏出，更加真实地模拟实际填海造陆的情况。

3、采用带排水孔的透明侧壁板和孔隙水压力计，可以根据需求加不同深度的水，并利用孔隙水压力计在计算机中形象的反映孔隙水压力在不同深度水位中珊瑚砂压实过程的变化，从而更加真实地反映不同深度不同水位土的排水固结所需的时间和渗水情况。

4、采用不与水反应的染料形成燃料层和应力测试片，可以根据染料的动向直接形象观察并结合计算机中反映不同厚度的压应力随时间的变化，从而形象地反映压应力的影响范围和消散过程。

5、采用波折形碳纤维布条状体为防漏装置，可以保证可移动可视盒侧面不漏沙又可保持沙子在一个平面上移动，实现更快更准确的分析使其受力情况。

6、采用螺栓弹簧和气动弹簧，可以调节气动弹簧里面的密度和气压以此来调节可移动可视盒侧面压力的可变形能力，即可调节各侧限的刚度，可以压紧螺栓弹簧使其成为一个强侧限，放松使其成为一个弱侧限，螺栓弹簧可以实现侧限的一个粗调，而气动弹簧可以实现侧限的一个微调。

7、采用膨胀剂，可以根据需要在不同的深度放适量的膨胀剂模拟有显著压碎性质的珊瑚砂，还可以长期放置观测长期效果。

8、采用促进珊瑚砂固结的微生物，加快了珊瑚砂在压实过程中的固结排水过程。

9、可以在实际施工现场切割一块原土，然后将本装置安装在现场，实现有效地实验与观察，使其为现场施工提供一个很好的现场数据。

本发明可以解决可视化不足，模拟压砂过程拟真程度较低的问题，提前给填海造陆过程提供可靠数据。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明装置所用气动弹簧的示意图；

图3为本发明装置所用螺栓弹簧的示意图；

图4为本发明装置所用波折形碳纤维布条状体的示意图；

图5为本发明方法步骤7完成后装置的示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1-图4所示，一种模拟填海造陆中珊瑚砂压密挤实过程的可视化装置，包括透明的外部可视盒1，外部可视盒1的四侧壁和底板上开设有多个安装孔洞，外部可视盒1的内部空间放置有可移动可视盒2，可移动可视盒2为由四个透明侧壁板3、透明底板4以及透明盖板13组成的盒体，多个固定调节装置穿过多个安装孔洞将四个透明侧壁板3以及透明底板4固定拼接成一个整体盒体，可移动可视盒2的透明底板4中部设置有安装块，膨胀剂加入管10与安装块相配合，各透明侧壁板3上均匀布设有多个排水孔12。

固定调节装置包括气动弹簧9和螺栓弹簧8。

气动弹簧9设置于透明侧壁板3以及透明底板4的一侧的两端处；螺栓弹簧8对称分布于透明侧壁板3以及透明底板4中心线两侧。

调节气动弹簧9里面的密度和气压以此来调节可移动可视盒2侧壁的可变形能力，即可调节各侧限的刚度；可以压紧螺栓弹簧8使其成为一个强侧限，放松使其成为一个弱侧限，气动弹簧9可以实现侧限的粗调，而螺栓弹簧8可以实现侧限的微调。

各透明侧壁板3以及透明底板4的连接处安装有防漏装置。

防漏装置为波折形碳纤维布条状体7，采用碳纤维布折叠制成带有多个波折形碳纤维布条状体7，安装时，将波折形碳纤维布条状体7夹在各侧壁之间，使其波折处与各侧壁的连接处相配合。

外部可视盒1的各壁上均设置有刻度。

外部可视盒1以及可移动可视盒2均采用透明钢化玻璃制成。

实施例二

一种采用上述可视化装置模拟填海造陆中珊瑚砂压密挤实过程的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：调节各气动弹簧9和螺栓弹簧8以调节可移动可视盒2的四个透明侧壁板3以及透明底板4的可变形能力；

步骤2：调节好可变形能力后，将膨胀剂加入管10 通过安装块固定安装在可移动可视盒2内部；

步骤3：在可移动可视盒2内部四侧及底部安装与计算机连接的孔隙水压力计5；

步骤4：假设可移动可视盒2的高度为H，向可移动可视盒2内部填充多层珊瑚砂形成珊瑚砂填充层11直至可移动可视盒2内部空间被填满，珊瑚砂填充层11的高度为1/6H-1/4H，在每两层珊瑚砂填充层11之间铺设一层粉状的不与水反应的染料层14,各染料层14的颜色不同，各染料层14的四周同一高度的位置埋设有与计算机连接的应力测试片6；

步骤5：当珊瑚砂充满可移动可视盒2内部空间后，抽出膨胀剂加入管10，在可移动可视盒2内留出的空间内的适当位置加入膨胀剂；

步骤6：盖上透明盖板13对珊瑚砂顶部进行加压；

步骤7：通过各透明侧壁板3的刻度观察染料轨迹并记录，记录各孔隙水压力计5和各应力测试片6的数值，然后在外部可视盒1与可移动可视盒2之间的空间进行多次加水，每次加水的高度为珊瑚砂填充层11的高度，每次加水之后对珊瑚砂进行压实，再放置一段时间后观察并记录各项数据，直至加水的次数与珊瑚砂填充层11的层数相同时停止，即完成填海造陆中珊瑚砂压密挤实过程的模拟。

步骤6中，每次加水后的放置时间为10-20分钟。

步骤4中加入的珊瑚砂为混合有促进珊瑚砂固结的微生物的珊瑚砂。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种模拟填海造陆中珊瑚砂压密挤实过程的可视化装置，包括透明的外部可视盒（1），其特征在于：外部可视盒（1）的四侧壁和底板上开设有多个安装孔洞，外部可视盒（1）的内部空间放置有可移动可视盒（2），可移动可视盒（2）为由四个透明侧壁板（3）、透明底板（4）以及透明盖板（13）组成的盒体，多个固定调节装置穿过多个安装孔洞将四个透明侧壁板（3）以及透明底板（4）固定拼接成一个整体盒体，可移动可视盒（2）的透明底板（4）中部设置有安装块，膨胀剂加入管（10）与安装块相配合，各透明侧壁板（3）上均匀布设有多个排水孔（12）；

固定调节装置包括气动弹簧（9）和螺栓弹簧（8）；

各透明侧壁板（3）以及透明底板（4）的连接处安装有防漏装置。

2.根据权利要求1所述的模拟填海造陆中珊瑚砂压密挤实过程的可视化装置，其特征在于：气动弹簧（9）设置于透明侧壁板（3）以及透明底板（4）的一侧的两端处；螺栓弹簧（8）对称分布于透明侧壁板（3）以及透明底板（4）中心线两侧。

3.根据权利要求1所述的模拟填海造陆中珊瑚砂压密挤实过程的可视化装置，其特征在于：防漏装置为波折形碳纤维布条状体(7)。

4.根据权利要求1所述的模拟填海造陆中珊瑚砂压密挤实过程的可视化装置，其特征在于：外部可视盒（1）的各壁上均设置有刻度。

5.一种采用上述权利要求1-4中任一项所述的可视化装置模拟填海造陆中珊瑚砂压密挤实过程的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤1：调节各气动弹簧（9）和螺栓弹簧（8）以调节可移动可视盒（2）的四个透明侧壁板（3）以及透明底板（4）的可变形能力；

步骤2：调节好可变形能力后，将膨胀剂加入管（10） 通过安装块固定安装在可移动可视盒（2）内部；

步骤3：在可移动可视盒（2）内部四侧及底部安装孔隙水压力计（5）；

步骤4：假设可移动可视盒（2）的高度为H，向可移动可视盒（2）内部填充多层珊瑚砂形成珊瑚砂填充层（11）直至可移动可视盒（2）内部空间被填满，珊瑚砂填充层（11）的高度为1/6H-1/4H，在每两层珊瑚砂填充层（11）之间铺设一层粉状的不与水反应的染料层（14）,各染料层（14）的颜色不同，各染料层（14）的四周同一高度的位置埋设有应力测试片（6）；

步骤5：当珊瑚砂充满可移动可视盒（2）内部空间后，抽出膨胀剂加入管（10），在可移动可视盒（2）内留出的空间内的适当位置加入膨胀剂；

步骤6：盖上透明盖板（13）对珊瑚砂顶部进行加压；

步骤7：通过各透明侧壁板（3）的刻度观察染料轨迹并记录，记录各孔隙水压力计（5）和各应力测试片（6）的数值，然后在外部可视盒（1）与可移动可视盒（2）之间的空间进行多次加水，每次加水的高度为珊瑚砂填充层（11）的高度，每次加水之后对珊瑚砂进行压实，再放置一段时间后观察并记录各项数据，直至加水的次数与珊瑚砂填充层（11）的层数相同时停止，即完成填海造陆中珊瑚砂压密挤实过程的模拟。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤6中，每次加水后的放置时间为10-20分钟。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤4中加入的珊瑚砂为混合有促进珊瑚砂固结的微生物的珊瑚砂。

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