CN112411463A - 一种体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟装置及试验方法，包括海底环境模拟系统、输送系统和泥浆收集装置,用于模拟真实海洋土吹填施工工程。发明组成包括：由有机玻璃搭建的泥浆收集装置（22），加压装置（1），海洋土粉碎筛选装置（4），注水装置（16），储存罐（9）。所述的储存罐内安装有搅拌装置（17），通过外置动力系统（25）将海洋土砂浆从所述的储存罐中输送到泥浆收集装置，所述的动力装置与储存罐通过阀门及连接管连接。本发明考虑了海底真实的压强环境和水流流动情况，可通过室内试验准确模拟海洋土吹填施工工程。
Description
技术领域
本发明属于吹填施工领域，涉及一种体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟装置及试验方法。
背景技术
我国海域幅员辽阔，海洋资源丰富，具有良好的发展建设前景。在我国南海海域，凭借着吹填施工技术，吹填出了诸多岛礁，例如：永暑岛经过吹填扩建被称为“海上城市”，其上修建有港口、机库、滑行道等设施，同时建设有可供居住和工作的建筑群。南海海域的建设是研究海洋发展的必要，也是国家建设的需要。南海吹填工程从海底抽取海洋土作为工程填土，具有节约成本和环保节能等优势。但是南海吹填工程的现场试验受特殊天气和降水的制约，且南海吹填工程的现场试验处理工作较为复杂，受多因素影响。因此，室内模拟试验凭借其易操作、低成本等优势受到了广泛的关注。
对海洋土进行吹填施工时，海底环境对试验的影响不可忽略。目前传统的室内吹填模拟试验装置，仅在吹填试验过程中考虑了水的影响，虽然可以满足部分工程需求，但是未考虑实际工程中海底压强、海底水流情况以及海洋土粒径级配对实际吹填工程的影响，不能完整的模拟实际的海洋土吹填工程。实际吹填工程的工况环境复杂，影响因素繁多。通过系统且完整的模拟海洋土吹填工程，本发明可准确预测海洋土吹填工程的工期和工程建设的力学性质。本发明提高了室内模拟海洋土吹填施工试验的可靠性并将室内模拟的结论反作用于实际的吹填施工工程，为后续工程建设提供依据。
发明内容
本发明的目的是针对传统的室内模拟试验装置在海洋土吹填工程中海底压强、海底水流流动情况以及海洋土粒径级配方面存在的技术缺陷，提供一种可实现实时监测、准确记录、简便试验、多元化调整，为实际的海洋土吹填施工工程提供指导性建议的体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟装置及试验方法。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟装置，其组成包括：储存罐，其特征是：所述的储存罐中具有一定的罐体空间，所述的搅拌装置位于储存罐内，改变搅拌装置的转动情况，使罐内水流获得不同的流动速度，以模拟真实的海底吹填工程。所述的储存罐底部安装有排放阀，所述的储存罐罐体中间位置安装有液位计和观察窗口，所述的储存罐内部置有泥浆输送管路。所述的储存罐外侧接有操作箱，所述的操作箱内部电路板通过导线连接搅拌装置、动力装置和粉碎装置。所述的储存罐上部具有盖板，所述的盖板由内外两部分组成。所述的外盖板内部安装有带有搅拌棒的搅拌装置，所述的内盖板焊有导通管路，所述的导通管路上侧安装有单向阀和粉碎装置。所述的储存罐左侧安装有压力表和加压装置，所述的储存罐右侧安装有单向阀和注水口，所述的储存罐与泥浆收集装置通过泥浆收集管、阀门、泥浆流量计相连。
所述的体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟装置，所述的加压装置包括：加压水泵，所述的加压水泵具有一组快速接头，所述的加压水泵和储存罐通过连接管、阀门、压力表相连，向密闭容器中加压以模拟海底真实的压强环境。
所述的体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟装置，所述的粉碎筛选装置包括：研磨器，研磨器底部中心处开口，所述的研磨器底部铺有的筛网，所述的研磨器由内中外3层构成，所述的研磨器与单向阀通过具有外螺纹的连接管路连接，所述的连接管底部通入储存罐中。
所述的体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟装置，所述的注水装置包括：注水口，所述的注水口位于储存罐右侧，所述的注水口与单向阀通过接管相连。试验时向储存罐中平稳注水，以保证海洋土混合物配比稳定。
所述的体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟装置，所述的泥浆收集装置包括：泥浆收集器，所述的泥浆收集器下部铺有聚丙乙烯裂膜丝编织布，所述的泥浆收集器下部安装有四条排水管。所述的泥浆收集器边壁采用有机玻璃搭建，距离底部1/4处刻有泥浆截止线。
一种体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟试验方法，其步骤包括如下：首先将加压装置、粉碎筛选装置、注水装置和动力输送装置通过连接管与储存罐连接。通过操作箱开启粉碎装置，打开注水装置和粉碎筛选装置的单向阀，向储存罐中注入配比为4:1的海洋土混合物。通过液位计观察到当海洋土混合物达到储存罐的3/4位置时，停止海洋土混合物的注入。同时开启加压装置的两个双向阀，将储存罐内加压至2at，保持压力表示数稳定。开启储存罐内的搅拌装置，打开输送系统的截止阀，同时通过操作箱将泥浆动力泵调至1档，将4：1配比的海洋土混合物通过泥浆输送管、单向阀和砂浆流量计输送到泥浆收集器中。泥浆收集器中的水分随着输送量的增加而通过收集台下的四个对应排水管路不断地流出，当泥沙流量计的数值达到0.200m3时停止输送。此时，泥浆收集器中的海洋土混合物量已满足试验量要求。可更换新的泥浆收集器，保持搅拌速度和动力泵稳定，将储存罐内气压加至3at、4at、5at后，重复前面的试验。保持气压值和泥浆动力泵稳定，将搅拌装置调至2、3、4、5档后，重复前面的试验。保持气压值和搅拌速度稳定，将泥浆动力泵调至2、3、4、5档后，重复前面的试验。所述的搅拌筛选装置可更换不同筛孔尺寸的筛网，重复前面的试验。
本发明的有益效果：
本发明考虑多工况条件下的海洋土吹填工程，符合工程实况，适用于实际的海洋土吹填工程。通过设计加压装置和搅拌装置，模拟海底真实的压强环境和水流流动情况，更贴合海洋土吹填施工的实际工况。试验装置中设置的观察窗口和流量计能更直观、方便地掌握试验进程。本发明可准确预测海洋土吹填工程的工期和工程建设的力学性质，可为实际的工程提供指导性的建议及相关施工的数据参考，满足易操作、低成本、精模拟等需求，具有很好的工程应用价值。
本发明采用海洋土土样进行研究，利用粉碎筛选装置处理海洋土。粉碎大块海洋土以便用于试验。通过筛选装置得到合适粒径级配的海洋土，将试验土样输送至储存罐进行后续试验。通过粉碎装置对土样进行初步处理，以便后续利用。
本发明使用了加压装置，搅拌装置以及粉碎筛选装置，能够完整模拟实际海洋土吹填工程的工况。同时操作箱的设置使试验整体操作得以简化。整体试验装置模型的结构尺寸比较小，占地面积小，可操作性程度高，在满足试验过程的同时，减小了试验的场地和空间，节约科研经费。
附图说明：
附图1是本发明的整体结构示意图；
附图2是本发明的储存罐内部输送管路及搅拌装置示意图；
附图3是本发明的粉碎及筛选装置示意图；
附图4是本发明的搅拌装置工作原理示意图。
具体实施方式：
在本发明的描述中，术语“上”、“下”、 “左”、“右”、“顶”、“底”“内”、“外”等位置关系为附图所示的位置关系。不是指示所述的装置必须具有特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以下详细描述本发明的实施例中，所述实施例的示例标号在附图中示出，其中相同或相似的标号表示具有相同或相似功能的元件。通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
一种体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟装置，其组成包括：储存罐9，其特征是：所述的储存罐中具有一定的罐体空间，所述的搅拌装置17位于储存罐内，改变搅拌装置的转动情况，使罐内水流获得不同的流动速度，以模拟真实的海底吹填工程。所述的储存罐底部安装有排放阀30，所述的储存罐罐体中间位置安装有液位计12和观察窗口13，所述的储存罐内部置有泥浆输送管路8。所述的储存罐外侧接有操作箱10，所述的操作箱内部电路板通过导线连接搅拌装置、动力装置和粉碎装置。所述的储存罐上部具有盖板7，所述的盖板由内外两部分组成。所述的外盖板内部安装有带有搅拌棒的搅拌装置，所述的内盖板焊有导通管路，所述的导通管路上侧安装有单向阀6和粉碎装置4。所述的储存罐左侧安装有压力表3和加压装置1，所述的储存罐右侧安装有单向阀14和注水口16，所述的储存罐与泥浆收集装置22通过泥浆收集管8、阀门18、泥浆流量计19相连。
实施例2：
根据实施例1所述的体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟装置，所述的加压装置包括：加压水泵1，所述的加压水泵具有一组快速接头，所述的加压水泵和阀门2、储存罐9、压力表3通过连接管相连，向密闭容器中加压以模拟海底真实的压强环境。
实施例3：
根据实施例1所述的体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟装置，所述的粉碎筛选装置包括：研磨器4，所述的研磨器底部中心处开口，所述的研磨器底部铺有的筛网5，所述的研磨器由内中外3层构成，所述的研磨器与单向阀6通过具有外螺纹的连接管路连接，所述的连接管底部通入储存罐9中。
实施例4：
根据实施例1所述的体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟装置，所述的注水装置包括：注水口16，所述的注水口位于储存罐9右侧，所述的注水口与单向阀14通过接管15相连。试验时向储存罐中平稳注水，以保证海洋土混合物配比稳定。
实施例5：
根据实施例1所述的体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟装置，所述的泥浆收集装置包括：泥浆收集器22，所述的泥浆收集器下部铺有聚丙乙烯裂膜丝编织布29，所述的泥浆收集器下部安装有四条排水管27。所述的泥浆收集器边壁采用有机玻璃28搭建，距离底部1/4处刻有泥浆截止线26。
实施例6：
根据实施例1-5所述的体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟试验方法，其步骤如下：首先将加压装置、粉碎筛选装置、注水装置和动力输送装置通过连接管与储存罐连接。通过操作箱开启粉碎装置，打开注水装置和粉碎筛选装置的单向阀，向储存罐中注入配比为4:1的海洋土混合物。通过液位计观察到当海洋土混合物达到储存罐的3/4位置时，停止海洋土混合物的注入。同时开启加压装置的两个双向阀，将储存罐内加压至2at，保持压力表示数稳定。开启储存罐内的搅拌装置，打开输送系统的截止阀，同时通过操作箱将泥浆动力泵调至1档，将4：1配比的海洋土混合物通过泥浆输送管、单向阀和砂浆流量计输送到泥浆收集器中。泥浆收集器中的水分随着输送量的增加而通过收集台下的四个对应排水管路不断地流出，当泥沙流量计的数值达到0.200m3时停止输送。此时，泥浆收集器中的海洋土混合物量已满足试验量要求。可更换新的泥浆收集器，保持搅拌速度和动力泵稳定，将储存罐内气压加至3at、4at、5at后，重复前面的试验。保持气压值和泥浆动力泵稳定，将搅拌装置调至2、3、4、5档后，重复前面的试验。保持气压值和搅拌速度稳定，将泥浆动力泵调至2、3、4、5档后，重复前面的试验。所述的搅拌筛选装置可更换不同筛孔尺寸的筛网，重复前面的试验。
Claims (6)
1.一种体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟装置，其组成包括：储存罐，其特征是：所述的储存罐中具有一定的罐体空间，所述的搅拌装置位于储存罐内，改变搅拌装置的转动情况，使罐内水流获得不同的流动速度，以模拟真实的海底吹填工程；所述的储存罐底部安装有排放阀，所述的储存罐罐体中间位置安装有液位计和观察窗口，所述的储存罐内部置有泥浆输送管路；所述的储存罐外侧接有操作箱，所述的操作箱内部电路板通过导线连接搅拌装置、动力装置和粉碎装置；所述的储存罐上部具有盖板，所述的盖板由内外两部分组成；所述的外盖板内部安装有带有搅拌棒的搅拌装置，所述的内盖板焊有导通管路，所述的导通管路上侧安装有单向阀和粉碎装置；所述的储存罐左侧安装有压力表和加压装置，所述的储存罐右侧安装有单向阀和注水口，所述的储存罐与泥浆收集装置通过泥浆收集管、阀门、泥浆流量计相连。
2.根据权利要求1所述的体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟装置，其特征是：所述的加压装置包括：加压水泵，所述的加压水泵具有一组快速接头，所述的加压水泵和储存罐通过连接管、阀门、压力表相连，向密闭容器中加压以模拟海底真实的压强环境。
3.根据权利要求1所述的体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟装置，其特征是：粉碎筛选装置包括：研磨器，所述的研磨器底部中心处开口，所述的研磨器底部铺有的筛网，所述的研磨器由内中外3层构成，所述的研磨器与单向阀通过具有外螺纹的连接管路连接，所述的连接管底部通入储存罐中。
4.根据权利要求1所述的体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟装置，其特征是：注水装置包括：注水口，所述的注水口位于储存罐右侧，所述的注水口与单向阀通过接管相连，试验时向储存罐中平稳注水，以保证海洋土混合物配比稳定。
5.根据权利要求1所述的体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟装置，其特征是：泥浆收集装置包括：泥浆收集器，所述的泥浆收集器下部铺有聚丙乙烯裂膜丝编织布，所述的泥浆收集器下部安装有四条排水管，所述的泥浆收集器边壁采用有机玻璃搭建，距离底部1/4处刻有泥浆截止线。
6.一种利用权利要求1-5所述的体现水压力特性的海洋土吹填施工室内模拟试验方法，其步骤包括如下：首先将加压装置、粉碎筛选装置、注水装置和动力输送装置通过连接管与储存罐连接，通过操作箱开启粉碎装置，打开注水装置和粉碎筛选装置的单向阀，向储存罐中注入配比为4:1的海洋土混合物，通过液位计观察到当海洋土混合物达到储存罐的3/4位置时，停止海洋土混合物的注入，同时开启加压装置的两个双向阀，将储存罐内加压至2at，保持压力表示数稳定，开启储存罐内的搅拌装置，打开输送系统的截止阀，同时通过操作箱将泥浆动力泵调至1档，将4：1配比的海洋土混合物通过泥浆输送管、单向阀和砂浆流量计输送到泥浆收集器中，泥浆收集器中的水分随着输送量的增加而通过收集台下的四个对应排水管路不断地流出，当泥沙流量计的数值达到0.200m3时停止输送，此时，泥浆收集器中的海洋土混合物量已满足试验量要求，可更换新的泥浆收集器，保持搅拌速度和动力泵稳定，将储存罐内气压加至3at、4at、5at后，重复前面的试验；保持气压值和泥浆动力泵稳定，将搅拌装置调至2、3、4、5档后，重复前面的试验；保持气压值和搅拌速度稳定，将泥浆动力泵调至2、3、4、5档后，重复前面的试验；所述的搅拌筛选装置可更换不同筛孔尺寸的筛网，重复前面的试验。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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