CN113405952A - 一种模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置，包括：筒体，用于培养珊瑚礁砂；加载系统，用于对珊瑚礁砂施加荷载；溶液控制系统，用于在筒体内添加溶液或排放溶液；控温系统，用于保持筒体内溶液的温度为预设值；酸碱控制系统，用于调节筒体内溶液的酸碱值；检测系统；数据收集系统，包括用于监测筒体内的珊瑚礁砂的变化的压电陶瓷收集模块和用于追踪筒体内的珊瑚礁砂的运动轨迹的粒子图像测量模块。此模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置通过人为改变外界条件去研究各种因素下对胶结作用的影响，并利用压电陶瓷收集模块实时采集筒体内的数据，利用粒子图像测量模块作为模拟测量和分析的手段，有助于还原并加速珊瑚砂的自然胶结过程。
Description
技术领域
本发明涉及珊瑚礁砂实验装置技术领域，特别涉及一种模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置。
背景技术
珊瑚礁砂作为南海岛礁地基的重要沉积物，是开展岛礁工程建设的首选材料。与陆源松散沉积物不同，珊瑚礁砂颗粒间存在天然胶结作用，这一作用改变了珊瑚砂的压缩、蠕变等力学性质，同时使其具有敏感的结构性。获得未扰动的珊瑚砂胶结试样难度大、成本高，且珊瑚砂的自然胶结过程是十分缓慢的，如何还原并加速珊瑚砂的自然胶结过程，对进一步开展胶结珊瑚砂岩土工程性质的研究具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置，能够还原并加速珊瑚砂的自然胶结过程。
根据本发明的第一方面实施例，提供一种模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置，包括：
筒体，设置为密封的容器，用于培养珊瑚礁砂；
加载系统，用于对珊瑚礁砂施加荷载，贴切珊瑚礁砂的压缩状态；
溶液控制系统，用于在筒体内添加溶液或排放溶液；
控温系统，用于保持筒体内溶液的温度为预设值；
酸碱控制系统，用于调节筒体内溶液的酸碱值；
检测系统，包括设置在筒体内的温度传感组件和酸碱测试组件；
数据收集系统，包括压电陶瓷收集模块和粒子图像测量模块，压电陶瓷收集模块的至少一个输入端与加载系统的加载端连接，用于监测筒体内的珊瑚礁砂的变化，粒子图像测量模块用于追踪筒体内的珊瑚礁砂的运动轨迹。
有益效果：此模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置针对实验过程中涉及到温度、酸碱性和荷载加压等条件的变化，分别设置了加载系统、溶液控制系统、控温系统和酸碱控制系统，通过人为改变外界条件去研究各种因素下对胶结作用的影响，并利用压电陶瓷收集模块实时采集筒体内的数据，利用粒子图像测量模块作为模拟测量和分析的手段，有助于还原并加速珊瑚砂的自然胶结过程。
根据本发明第一方面实施例的模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置，加载系统包括加载板和与加载板连接的液压千斤顶加载装置，加载板水平设置于筒体内，液压千斤顶加载装置通过加载杆与加载板连接。
根据本发明第一方面实施例的模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置，加载系统还包括反力架，反力架设置在筒体的外侧，液压千斤顶加载装置设置于反力架上。
根据本发明第一方面实施例的模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置，加载板顶面的中部位置设有圆柱形的槽孔，加载杆嵌设于槽孔内。
根据本发明第一方面实施例的模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置，压电陶瓷收集模块包括第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片，第一压电陶瓷片设置在加载板的底面，第二压电陶瓷片设置在筒体的底部。
根据本发明第一方面实施例的模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置，压电陶瓷收集模块还包括与第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片分别连接的发生器、示波器和信号放大器。
根据本发明第一方面实施例的模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置，粒子图像测量模块包括拍摄装置、上位机和辅助标识，筒体的侧壁设置为透明，辅助标识设置于筒体内，用于感应珊瑚礁砂发生的变化，拍摄装置拍摄筒体的内部，上位机接收拍摄装置的数据并进行数据分析。
根据本发明第一方面实施例的模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置，辅助标识包括网格和彩砂层，网格设置在筒体的侧壁上，彩砂层分别设置于筒体的侧壁和珊瑚礁砂上，彩砂层用于感应珊瑚礁砂发生的变化，网格用于表示彩砂层的位置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1，一种模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置，包括：筒体10、加载系统、溶液控制系统30、控温系统40、酸碱控制系统50、检测系统和数据收集系统，其中筒体10设置为密封的容器，用于培养珊瑚礁砂；其中加载系统用于对珊瑚礁砂施加荷载，贴切珊瑚礁砂的压缩状态；其中溶液控制系统30用于在筒体10内添加溶液或排放溶液，溶液的选择可根据具体实验所需要模拟的情景而自行选择；其中控温系统40用于保持筒体10内溶液的温度为预设值，根据具体实验所需要模拟的温度去控制控温系统40；其中酸碱控制系统50用于调节筒体10内溶液的酸碱值；其中检测系统包括设置在筒体10内的温度传感组件41和酸碱测试组件51，温度传感组件41与控温系统40配合使用，酸碱测试组件51与酸碱控制系统50配合使用；其中数据收集系统包括压电陶瓷收集模块和粒子图像测量模块，压电陶瓷收集模块的至少一个输入端与加载系统的加载端连接，用于监测筒体10内的珊瑚礁砂的变化，粒子图像测量模块用于追踪筒体10内的珊瑚礁砂的运动轨迹。此模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置针对实验过程中涉及到温度、酸碱性和荷载加压等条件的变化，分别设置了加载系统、溶液控制系统30、控温系统40和酸碱控制系统50，通过人为改变外界条件去研究各种因素下对胶结作用的影响，并利用压电陶瓷收集模块实时采集筒体10内的数据，利用粒子图像测量模块作为模拟测量和分析的手段，有助于还原并加速珊瑚砂的自然胶结过程。
优选的，溶液控制系统30包括溶液池，可以将实验所需添加的各种溶液倒入溶液池，通过溶液控制系统30进行添加。控温系统40采用恒温水浴锅，在筒体10内设置恒温水浴锅保持筒体10内溶液温度的恒定，其具体温度由温度传感组件41监测读取，根据所需温度控制恒温水浴锅的温度对筒体10温度进行控制。具体的，恒温水浴锅的进水水管设置在筒体10的底部，恒温水浴锅的出水水管设置在筒体10的顶部，这样保证筒体10内的珊瑚礁砂能够均匀完全受热。酸碱控制系统50采用气体发生器，利用气体发生器改变筒体10内溶液气体的浓度和种类，调节筒体10内溶液的酸碱性，气体发生器入口与筒体10的底部相连，保证所通气体与筒体10内材料充分反应。依据溶液控制系统30和气体发生器，就可以调节筒体10内溶液的酸碱性，根据实验情况调节装置的酸碱性，并设置酸碱测试组件51，实时监测筒体10内的酸碱性的变化情况。
优选的，酸碱测试组件51设置为酸碱测试仪，温度传感组件41设置为温度传感器。
优选的，筒体10采用透明的高强钢化玻璃桶，筒体10包括筒壁和桶盖，在筒壁和桶盖的连接处均设置橡胶圈，其中筒壁的底部和桶盖上均设置一定数量、一定尺寸的圆孔，用于后期水、溶液、管道等的引出，上部和下部的圆孔对应配上相应尺寸的耐腐蚀实心螺栓或者空心螺栓，空心螺杆用于引出，实心螺栓保证圆孔封闭，根据实验具体选用，保证密闭性。
优选的，加载系统包括加载板22和与加载板22连接的液压千斤顶加载装置21，加载板22水平设置于筒体10内，液压千斤顶加载装置21通过加载杆与加载板22连接。采用千斤顶加载装置具有诸多优点。不仅可以精确地控制实验所需的力，而且还可以通过控制实验所需的位移进行加载。通过控制力的时候，可以配合千斤顶表盘读数获取力的大小，而通过控制位移加载时，配合位移计获取位移的距离，通过位移计的读数来控制千斤顶的加载。相比于常见的杠杆加载或者气压加载，千斤顶加载更稳定安全、占地面积小、所需材料少，而且控制因素种类多，满足该实验方案的各种加载方式。
优选的，加载系统还包括反力架23，反力架23设置在筒体10的外侧，液压千斤顶加载装置21设置于反力架23上。具体的，反力架23包括顶板、立杆和底板，顶板和底板均为高强钢板，用高强螺栓作为立杆，并在底板的底部设置滑轮，便于移动。
优选的，加载板22顶面的中部位置设有圆柱形的槽孔，加载杆嵌设于槽孔内，保证加载过程中轴心受压。加载板22可采用高强不锈钢加载板22，具备耐压耐腐蚀强度高等特点。
优选的，压电陶瓷收集模块包括第一压电陶瓷片61和第二压电陶瓷片62，第一压电陶瓷片61设置在加载板22的底面，第二压电陶瓷片62设置在筒体10的底部。第一压电陶瓷片61和第二压电陶瓷片62对应，监测珊瑚礁砂随实验过程信号的变化。
优选的，压电陶瓷收集模块还包括与第一压电陶瓷片61和第二压电陶瓷片62分别连接的发生器、示波器63和信号放大器。第一压电陶瓷片61和第二压电陶瓷片62的信号传输由导线引出，采用信号发生器和加载杆结合的方式，信号波穿过实验装置材料反映内部变化情况，再通过公式：
即能计算出实验过程中实验材料的能量变化情况。
优选的，粒子图像测量模块包括拍摄装置71、上位机72和辅助标识，筒体10的侧壁设置为透明，辅助标识设置于筒体10内，用于感应珊瑚礁砂发生的变化，拍摄装置71拍摄筒体10的内部，上位机72接收拍摄装置71的数据并进行数据分析。具体的，拍摄装置71可为工业相机，上位机72为电脑，通过工业相机采集对应的照片，连接电脑，然后根据程序进行处理即可得到实验数据。
优选的，辅助标识包括网格11和彩砂层，网格11设置在筒体10的侧壁上，彩砂层分别设置于筒体10的侧壁和珊瑚礁砂上，彩砂层用于感应珊瑚礁砂发生的变化，网格11用于表示彩砂层的位置。网格11可直接在筒体10的侧壁上绘制，优选的网格11为等距离的网格11，彩砂层由彩砂粒子形成，利用彩砂粒子实时追踪实验装置材料的变化，并利用工业相机确定追踪装置彩砂粒子的运动轨迹。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置，其特征在于，包括：
筒体，设置为密封的容器，用于培养珊瑚礁砂；
加载系统，用于对珊瑚礁砂施加荷载，贴切珊瑚礁砂的压缩状态；
溶液控制系统，用于在所述筒体内添加溶液或排放溶液；
控温系统，用于保持所述筒体内溶液的温度为预设值；
酸碱控制系统，用于调节所述筒体内溶液的酸碱值；
检测系统，包括设置在所述筒体内的温度传感组件和酸碱测试组件；
数据收集系统，包括压电陶瓷收集模块和粒子图像测量模块，所述压电陶瓷收集模块的至少一个输入端与所述加载系统的加载端连接，用于监测所述筒体内的珊瑚礁砂的变化，所述粒子图像测量模块用于追踪所述筒体内的珊瑚礁砂的运动轨迹。
2.根据权利要求1所述的模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置,其特征在于：所述加载系统包括加载板和与所述加载板连接的液压千斤顶加载装置，所述加载板水平设置于所述筒体内，所述液压千斤顶加载装置通过加载杆与所述加载板连接。
3.根据权利要求2所述的模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置,其特征在于：所述加载系统还包括反力架，所述反力架设置在所述筒体的外侧，所述液压千斤顶加载装置设置于所述反力架上。
4.根据权利要求2所述的模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置,其特征在于：所述加载板顶面的中部位置设有圆柱形的槽孔，所述加载杆嵌设于所述槽孔内。
5.根据权利要求2所述的模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置,其特征在于：所述压电陶瓷收集模块包括第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片，所述第一压电陶瓷片设置在所述加载板的底面，所述第二压电陶瓷片设置在所述筒体的底部。
6.根据权利要求5所述的模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置,其特征在于：所述压电陶瓷收集模块还包括与所述第一压电陶瓷片和所述第二压电陶瓷片分别连接的发生器、示波器和信号放大器。
7.根据权利要求1所述的模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置,其特征在于：所述粒子图像测量模块包括拍摄装置、上位机和辅助标识，所述筒体的侧壁设置为透明，所述辅助标识设置于所述筒体内，用于感应珊瑚礁砂发生的变化，所述拍摄装置拍摄所述筒体的内部，所述上位机接收所述拍摄装置的数据并进行数据分析。
8.根据权利要求7所述的模拟珊瑚礁砂胶结过程的装置,其特征在于：所述辅助标识包括网格和彩砂层，所述网格设置在所述筒体的侧壁上，所述彩砂层分别设置于所述筒体的侧壁和珊瑚礁砂上，所述彩砂层用于感应珊瑚礁砂发生的变化，所述网格用于表示所述彩砂层的位置。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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