CN212008048U - 基于沸石置换反应的可变密度含气土样制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于沸石置换反应的可变密度含气土样制备装置，包括沸石反应釜、土样反应釜和土样成型盒，沸石反应釜底部与土样反应釜中部通过高压导管A相连通，沸石反应釜顶部连通设有进气管B和第一真空压力表，土样反应釜顶部与土样成型盒底部通过高压导管B相连通，土样反应釜中对应安装有搅拌器，土样反应釜顶部连通设有进气管A和第二真空压力表，土样反应釜底部连通设有进水管，土样反应釜底部与土样成型盒顶部之间通过土浆联通管相连通，土浆联通管上从上至下依次设有第四阀门、第一流量计和第七阀门；土样成型盒底部连通设有第三真空压力表。本实用新型可批量、可控地制备出不受密度条件限制且符合室内土工实验要求的含气土样。

Description

基于沸石置换反应的可变密度含气土样制备装置

技术领域

本实用新型涉及岩土工程土工试验技术领域，尤其涉及一种基于沸石置换反应的可变密度含气土样制备装置，特别涉及海底含气沉积物的室内人工模拟制样技术。

背景技术

含气土特指气体以封闭的游离、溶解态而非气水化合物形态赋存的土体。它被认为是由土颗粒、孔隙水、气体、温度及上覆层压力所构成的亚稳态平衡体，一旦平衡被打破，就会导致其工程性状迅速发生改变，给工程造成灾害。如：海底含气沉积物常引发海岸滑坡、土体液化、基础沉陷等灾害事故，是海洋工程中的重要安全隐患。

含气土在自然界中普遍存在，但由于土中气体压力大、不稳定，易于分解、脱溶、逸散，破坏土体的原状结构，难以获取现场原状含气土样。即便采用特殊装备能够获得保压原状土样，仍受室内难以二次加工、土样含气不均匀等问题困扰，促使发展了室内人工制备含气土的方法，通过模拟制备含气土样来研究海底含气沉积物的工程特性。专利“变压可控气体置换反压装置及其在含气土样制备中的应用(ZL201310752757.1)”提供了一种借助沸石吸附特性，用水置换沸石吸附甲烷气，形成含气土的方法，但该法只适用于制备松散松茸的含气土样，而对密度较大的含气土样制备则不能制备。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足之处，本实用新型目的在于提供一种基于沸石置换反应的可变密度含气土样制备装置，利用试样孔隙中的水置换出沸石中的N₂气，通过沸石粉来配比N₂气含量，通过各个流量计来配比得到精确数据的土浆，然后将计量后的土浆通入到土样成型盒中，通过带有刻度的推料活塞得到所需样品高度的土样，冰冻成型后，再在≤200kPa的反压下融化，土样孔隙水置换出沸石中的N₂气，从而制备出不同密度的含气土样。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种基于沸石置换反应的可变密度含气土样制备装置，包括沸石反应釜、土样反应釜和土样成型盒，所述沸石反应釜底部与土样反应釜中部通过高压导管A相连通，所述沸石反应釜顶部连通设有进气管B和第一真空压力表，所述进气管B上设有第一阀门；所述土样反应釜顶部与土样成型盒底部通过高压导管B相连通，所述高压导管B靠近土样反应釜顶部位置处设有第三阀门，所述高压导管B靠近土样成型盒底部位置处设有第八阀门；所述土样反应釜中对应安装有搅拌器，所述土样反应釜顶部连通设有进气管A和第二真空压力表，所述进气管A上设有第五阀门，所述土样反应釜中设有温度计；所述土样反应釜底部连通设有进水管，所述进水管上对应设有第二流量计和第六阀门；所述土样反应釜底部与土样成型盒顶部之间通过土浆联通管相连通，所述土浆联通管上从上至下依次设有第四阀门、第一流量计和第七阀门；所述土样成型盒底部连通设有第三真空压力表，所述土样成型盒包括模顶盖、成型模和模底盖，所述模顶盖可拆卸式密封安装于成型模顶部，所述模底盖可拆卸式密封安装于成型模底部，所述模顶盖设有带刻度的推料活塞。

为了更好地实现本实用新型，所述沸石反应釜包括罐体和密闭盖合于罐体的顶部罐口处的沸石密封盖，所述沸石密封盖与罐体顶部之间还通过若干个第一螺栓连接固定；所述罐体底部呈漏斗形状，所述高压导管A靠近罐体底部位置处设有第二阀门，所述进气管B、第一真空压力表连通设置于沸石密封盖上。

作为优选，所述推料活塞包括推料杆、推料柄和推料活塞板，所述推料杆贯穿安装于模顶盖上，所述推料杆顶端固定有推料柄，所述推料杆底端固定有推料活塞板，所述推料活塞板配合位于成型模内部，所述推料柄位于土样成型盒外部，所述推料杆沿高度方向设有刻度线。

作为优选，所述土样反应釜包括筒体和密闭盖合于筒体的顶部筒口上的土样密封盖，所述土样密封盖与筒体顶部之间还通过若干个第二螺栓连接固定；所述进气管A和第二真空压力表均连通设于土样密封盖上，所述高压导管B端部连通设置于土样密封盖上。

作为优选，本实用新型还包括真空泵、N₂储存罐和注水箱，所述真空泵具有抽真空管，所述真空泵的抽真空管分别与进气管A、进气管B相对应，所述N₂储存罐具有出气管，所述N₂储存罐的出气管分别与进气管A、进气管B相对应。

作为优选，所述搅拌器包括搅拌电机、搅拌轴和搅拌桨，所述搅拌轴转动贯穿安装于土样密封盖上，所述搅拌轴上配合安装有若干个搅拌桨，所有搅拌桨均位于筒体内部，所述搅拌电机安装于土样密封盖上，所述搅拌电机的动力输出轴与搅拌轴动力连接。

作为优选，所述高压导管B端部连通设置于模底盖上，所述土浆联通管底端连通设置于模顶盖上，所述第三真空压力表连通设置于成型模底部。

本实用新型较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本实用新型利用该装置可批量、定量制备出不受密度条件限制且符合室内土工实验要求的不同密度的含气土样。

(2)本实用新型制样装置利用试样孔隙中的水置换出沸石中的N₂气，通过沸石粉来配比N₂气含量，通过各个流量计来配比得到精确数据的土浆，然后将计量后的土浆通入到土样成型盒中，通过带有刻度的推料活塞使土浆固结变形，得到所需样品高度的土样，并制备出不同密度的含气土样。

(3)本实用新型的适用土类广泛，不仅适用于粗颗粒的砂土，对于细颗粒的黏性土同样适用，且不受制备试样密度条件的限制；同时，具有土样含气均匀、制样可重复、制作效率高、装置安装方便、费用低廉的优点。

(4)本实用新型通过更换不同尺寸的土样成型盒，可以制备各类土工试验所需的含气土样(比如一维压缩试验、三轴试验、循环剪切试验等)，适用于短时间批量制备含气土样，用于土工试验研究含气土的不同力学特性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中沸石反应釜的结构示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－沸石反应釜，100－第一阀门，101－第一真空压力表，102－沸石密封盖，103－第一螺栓，104－沸石粉，105－罐体，106－第二阀门，107－高压导管A，108－进气管B，2－土样反应釜，200－温度计，201－第三阀门，202－第二螺栓，203－土样密封盖，204－搅拌器，205－筒体，206－土样，207－第四阀门，208－第一流量计，209－第二真空压力表，210－第五阀门，211－进气管A，212－第二流量计，213－进水管，214－第六阀门，215－高压导管B，3－土样成型盒，300－第七阀门，301－模顶盖，302－成型模，303－滤纸，304－模底盖，305－第八阀门，306－刻度线，307－推料活塞，308－第三真空压力表，309－透水石，4－土浆联通管。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明：

实施例一

如图1～图2所示，一种基于沸石置换反应的可变密度含气土样制备装置，包括沸石反应釜1、土样反应釜2和土样成型盒3，沸石反应釜1底部与土样反应釜2中部通过高压导管A107相连通，沸石反应釜1顶部连通设有进气管B108和第一真空压力表101，进气管B108上设有第一阀门100。土样反应釜2顶部与土样成型盒3底部通过高压导管B215相连通，高压导管B215靠近土样反应釜2顶部位置处设有第三阀门201，高压导管B215靠近土样成型盒3底部位置处设有第八阀门305。土样反应釜2中对应安装有搅拌器204，土样反应釜2顶部连通设有进气管A211和第二真空压力表209，进气管A211上设有第五阀门210，土样反应釜2中设有温度计200。土样反应釜2底部连通设有进水管213，进水管213上对应设有第二流量计212和第六阀门214。土样反应釜2底部与土样成型盒3顶部之间通过土浆联通管4相连通，土浆联通管4上从上至下依次设有第四阀门207、第一流量计208和第七阀门300。土样成型盒3底部连通设有第三真空压力表308，土样成型盒3包括模顶盖301、成型模302和模底盖304，模顶盖301可拆卸式密封安装于成型模302顶部，模底盖304可拆卸式密封安装于成型模302底部，模顶盖301设有带刻度的推料活塞307。土样成型盒3内部从下至上依次设有透水石309和滤纸303。高压导管B215端部连通设置于模底盖304上，土浆联通管4底端连通设置于模顶盖301上，第三真空压力表308连通设于成型模302底部。

如图1、图2所示，沸石反应釜1包括罐体105和密闭盖合于罐体105的顶部罐口处的沸石密封盖102，沸石密封盖102还通过若干个第一螺栓103固定连接于罐体105顶部。罐体105底部呈漏斗形状，高压导管A107靠近罐体105底部位置处设有第二阀门106，进气管B108、第一真空压力表101连通设置于沸石密封盖102上。

如图1所示，推料活塞307包括推料杆、推料柄和推料活塞板，推料杆贯穿安装于模顶盖301上，推料杆顶端固定有推料柄，推料杆底端固定有推料活塞板，推料活塞板配合位于成型模302内部，推料柄位于土样成型盒3外部，推料杆沿高度方向设置有刻度线306。

如图1所示，土样反应釜2包括筒体205和密闭盖合于筒体205的顶部筒口上的土样密封盖203，土样密封盖203与筒体205顶部之间还通过若干个第二螺栓202连接固定。进气管A211和第二真空压力表209均连通设置于土样密封盖203上，高压导管B215端部连通设置于土样密封盖203上。

本实用新型还包括真空泵、N₂储存罐和注水箱，真空泵具有抽真空管，真空泵的抽真空管分别与进气管A211、进气管B108相对应，N₂储存罐具有出气管，N₂储存罐的出气管分别与进气管A211、进气管B108相对应。

如图1所示，本实用新型优选的搅拌器204包括搅拌电机、搅拌轴和搅拌桨，搅拌轴转动贯穿安装于土样密封盖203上，搅拌轴上配合安装有若干个搅拌桨，所有搅拌桨均位于筒体205内部，搅拌电机安装于土样密封盖203上，搅拌电机的动力输出轴与搅拌轴动力连接。

一种基于沸石置换反应的可变密度含气土样制备方法，其方法步骤如下：

A、在模底盖304上由下至上依次放置饱和的透水石309、滤纸303，通过模顶盖301、模底盖304将成型模302密封形成密闭的土样成型盒3，并称量此时土样成型盒3的质量m₀。安装好土样反应釜2，将质量为m₁的烘干土放入筒体205中，密闭盖合好土样密封盖203。安装好沸石反应釜1，将质量为m₁的烘干沸石粉104放入沸石反应釜1中，密闭盖合好沸石密封盖102。

B、通过高压导管A107将沸石反应釜1与土样反应釜2相连通，通过高压导管B215将土样反应釜2与土样成型盒3相互连通，将真空泵的抽真空管分别与进气管A211、进气管B108密闭连通，关闭第四阀门207和第六阀门214，打开第一阀门100、第三阀门201、第五阀门210、第七阀门300、第八阀门305，启动真空泵抽排尽沸石反应釜1、土样反应釜2、土样成型盒3及烘干土中的空气；当第一真空压力表101、第二真空压力表209、第三真空压力表308均接近-100kPa后，继续抽气不小于1.5小时，然后关闭第一阀门100、第五阀门210。

C、将进气管A211、进气管B108分别连接高纯N₂储存罐，调节N₂储存罐的减压阀门，使压力维持300kPa。打开第一阀门100、第五阀门210，当第一真空压力表101、第二真空压力表209稳定在300kPa后，然后关闭第一阀门100、第五阀门210，放置12小时并保持压力无明显降低。

D、打开第二阀门106使罐体105中的沸石粉104全部落入土样反应釜2中，然后关闭第二阀门106并打开搅拌器204搅拌作业，使烘干土与沸石粉104均匀混合，并记录温度计200的温度值。

E、将进水管213浸没入注水箱中的蒸馏水中，开启第六阀门214，使蒸馏水由进水管213徐徐注入筒体205内，并记录第二流量计212上的流量读数V₀，关闭第六阀门214。打开搅拌器204进行搅拌，使土、水均匀混合，形成土浆。

F、打开第四阀门207、第七阀门300，在重力作用下，土样反应釜2中的土浆流入土样成型盒3内，通过第一流量计208进行流量记录，待所需土浆流入土样成型盒3后，关闭第七阀门300。

G、打开第八阀门305，用千斤顶缓慢推动推料活塞307使土浆固结变形，直至所需土样206的样品高度；静置并待排入高压导管B215中的水头稳定不变并超过24小时后，关闭第八阀门305；拆除土浆联通管4、高压导管B215，将土样成型盒3整体移至冰冻室内冰冻成型。成型后，拧开土样成型盒3的模底盖304，通过推料活塞307将土样206推出，快速将土样206安装在土工三轴仪的底座上；通过三轴试验系统控制反压≤200kPa；待土样融化后，土样206孔隙中的水缓慢置换出沸石粉104中吸附的的N₂气，直至稳定。

实施例二

在本实施例以海底黏土(粒径小于0.075mm、最大比重Gs为2.73)为对象，根据专利“变压可控气体置换反应装置及其含气土样制备中的应用(专利号ZL201310752757.1)”中公开的沸石置换原理来制备含气土，沸石掺量按5％，制备不同初始密度(如实验要求为：干密度分别为1.60g/cm³、1.65g/cm³和1.70g/cm³)的含气软土三轴土样(实验要求为：直径d为50mm，高h为100mm，体积为196.34cm³)，当然本实用新型还可以适用于其他土工实验要求的含气软土三轴土样制备；试验在恒温室内环境中进行，其具体的制样按下列步骤进行：

第一步、装置组装

(1)用模顶盖301、模底盖304将成型模302密封形成密闭土样成型盒3，模底盖303上由下至上依次放置饱和的透水石308、滤纸303，并称量空土样成型盒3的质量m₀，即：

m₀＝2620.66g

(2)用高压导管A107将沸石反应釜1与土样反应釜2密闭连通，用高压导管B215将土样反应釜2与土样成型盒3密闭连通，关闭第四阀门207和第六阀门214，打开第一阀门100、第三阀门201、第五阀门210、第七阀门300、第八阀门305。

第二步、试样制备

(1)称4750g的烘干土放入土样反应釜2中，称250g烘干的沸石粉104放入沸石反应釜1中，烘干土与沸石粉104所构成混合土的质量为4750g+250g＝5000g，即5kg；在沸石反应釜1顶部盖合好沸石密封盖102，并拧紧第一螺栓103密封固定，在土样反应釜2顶部盖合好土样密封盖202，并拧紧第二螺栓202密封固定。

(2)将真空泵的抽真空管分别与进气管A211、进气管B108密闭连通，关闭第四阀门207和第六阀门214，打开第一阀门100、第三阀门201、第五阀门210、第七阀门300、第八阀门305，启动真空泵抽排尽沸石反应釜1、土样反应釜2、土样成型盒3中的空气，当第一真空压力表101、第二真空压力表209、第三真空压力表308均接近-100kPa后，继续抽气不小于1.5小时，然后关闭第一阀门100、第五阀门210。

(3)将进气管A211、进气管B108分别连接高纯N₂储存罐，调节N₂储存罐的减压阀门，使压力维持300kPa；打开第一阀门100、第五阀门210，当第一真空压力表101、第二真空压力表209稳定在300kPa后，然后关闭第一阀门100、第五阀门210，放置12小时并保持压力无明显降低。

(4)打开第二阀门106使罐体105中的沸石粉104全部落入土样反应釜2中，关闭第二阀门106，打开搅拌器204，然后搅拌，使烘干土与沸石粉104均匀混合；停止搅拌器209，记录温度计200的温度值为25℃(室内温度)。

(5)将进水管213浸没入注水箱中的蒸馏水(蒸馏水的密度ρ_水为1g/cm3)中，开启第六阀门214，使注水箱中的蒸馏水由进水管213徐徐注入筒体205内，并记录第二流量计212上的流量读数V₀，V₀＝5L，关闭第六阀门214；打开搅拌器204进行搅拌，使土、水均匀混合，形成土浆；

第二流量计212所记录的蒸馏水流量V₀＝5L；

则根据公式m_水＝V₀×ρ_水计算得到注水的质量m_水＝5kg：

第三步、土样成型

(1)确定土浆密度

打开第四阀门207、第七阀门300，在重力作用下，土样反应釜2中的土浆流入土样成型盒3内，通过第一流量计208进行流量记录(使用前应清零)，当第一流量计208读数为100ml时，关闭第七阀门300；

此时从筒体205进入到成型模302中的土浆体积V₂＝100cm³；

(2)将试样盒3及内部土浆称重，总质量即m₁：

m₁＝2796.11g

(3)根据土力学中的密度ρ公式计算出土浆的密度ρ，即：

式中，ρ—土浆的密度(g/cm³)；

m—土浆的质量(g)；

V—土浆体积(cm³)。

土浆的质量m＝m₁-m₀＝2796.11-2620.66＝175.45g，土浆的体积V＝V₂＝100cm³.则土浆的密度ρ＝175.45÷100＝1.7545g/cm³(即土浆密度ρ_浆为1.7545g/cm³)。

根据含水率w公式计算出土浆的含水率w，即：

式中，w—土浆的含水率；

m_w—水的质量(g)；

m_s—干土的质量(g)。

水的质量m_w＝m_水＝V₀×ρ_水＝5kg，m_s＝4750g+250g＝5000g＝5kg，得土浆的含水率w为100％。

根据干密度ρ_d公式计算出土浆的干密度ρ_d，即：

ρ_d＝ρ/(1+w)；

土浆的密度ρ_浆为1.7545g/cm³，则干密度ρ_d为0.877g/cm³，干密度ρ_d保留小数点后三位数；

通过干密度ρ_d为0.877g/cm³、含水率w为100％的土浆分别制备干密度为1.60g/cm³、1.65g/cm³和1.70g/cm³的含气软土三轴土样(直径d为50mm，高h为100mm，体积V₂为196.34cm³)，根据密度公式m_d＝ρ_d×V，得到上述三种不同密度所需干土的质量(计算保留小数点后两位数)分别为：

干密度为1.60g/cm³的含气软土三轴土样所需的干土质量m_d1＝V₂×1.60＝314.14g，

干密度为1.65g/cm³的含气软土三轴土样所需的干土质量m_d2＝V₂×1.65＝324.16g，

干密度为1.70g/cm³的含气软土三轴土样所需的干土质量m_d3＝V₂×1.70＝333.78g，

其中m_d1、m_d2、m_d3分别为干密度1.60g/cm³、1.65g/cm³和1.70g/cm³所对应的干土质量，根据质量公式m＝m_d(1+w)所需土浆(干密度ρ_d为0.877g/cm³、含水率w为100％的土浆，为本实施例前述已制备出的土浆)的质量分别为：

干密度为1.60g/cm³的含气软土三轴土样所需的土浆质量m₂＝m_d1×2＝628.28g，

干密度为1.65g/cm³的含气软土三轴土样所需的土浆质量m₃＝m_d2×2＝648.32g，

干密度为1.70g/cm³的含气软土三轴土样所需的土浆质量m₄＝m_d3×2＝667.56g，

本实施例已制备出的土浆密度ρ_浆为1.7545g/cm³，通过

密度公式，可计算m₂、m₃和m₄所需对应的土浆体积(计算保留小数点后两位数)分别为：

干密度为1.60g/cm³的含气软土三轴土样所需的土浆体积V₂＝358.10cm³＝358.10ml，

干密度为1.65g/cm³的含气软土三轴土样所需的土浆体积V₃＝369.52cm³＝369.52ml，

干密度为1.70g/cm³的含气软土三轴土样所需的土浆体积V₄＝380.48cm³＝380.48ml，

因此，制备干密度为1.60g/cm³、1.65g/cm³和1.70g/cm³的土样210所需土浆的流量分别为：358.10ml、369.52ml和380.48ml。

(4)打开第五阀门300，使土样反应釜2中的土浆继续流入土样成型盒3内，当第一流量计208读数由100ml变为358.10ml(或369.52ml、380.48ml)时，关闭第五阀门300。打开第八阀门305，用千斤顶缓慢推动推料活塞307，使土样成型盒3中的土浆固结压缩，直至推料杆上刻度线306为100mm(样品高度为100mm)，静置并待排入高压导管B215中的水头稳定不变并超过24小时后；关闭第一阀门201、第四阀门207、第八阀门305；拆除第五阀门300、第八阀门305外端的导管；将土样成型盒3移至冰冻室内冷冻成型。成型后，拧开土样成型盒3的模底盖304，通过推料活塞307将样品推出，快速将土样206安装在土工三轴仪的底座上；采用三轴试验系统控制反压≤200kPa；待土样206融化后，土样206孔隙中的水缓慢置换出沸石粉104中的中的N₂气，直至稳定。依据记录的体积、温度和压力，由Henry定律确定压力与土样206中N₂气量的关系，从而实现初始干密度为1.60g/cm³(或1.65g/cm³、1.70g/cm³)的含气土样制备。

本实用新型除制备本实施例的土工实验要求的含气软土三轴土样(实验要求为：直径d为50mm，高h为100mm，体积V₂为196.34cm³，干密度分别为1.60、1.65和1.70g/cm³)外，还可以制备出其他土工实验要求规格的含气软土三轴土样，本实施例仅以制备含气软土三轴土样(实验要求为：直径d为50mm，高h为100mm，体积V₂为196.34cm³，干密度分别为1.60、1.65和1.70g/cm³)为例来说明本实用新型的制备方法。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于沸石置换反应的可变密度含气土样制备装置，其特征在于：包括沸石反应釜（1）、土样反应釜（2）和土样成型盒（3），所述沸石反应釜（1）底部与土样反应釜（2）中部通过高压导管A（107）相连通，所述沸石反应釜（1）顶部连通设有进气管B（108）和第一真空压力表（101），所述进气管B（108）上设有第一阀门（100）；所述土样反应釜（2）顶部与土样成型盒（3）底部通过高压导管B（215）相连通，所述高压导管B（215）靠近土样反应釜（2）顶部位置处设有第三阀门（201），所述高压导管B（215）靠近土样成型盒（3）底部位置处设有第八阀门（305）；所述土样反应釜（2）中对应安装有搅拌器（204），所述土样反应釜（2）顶部连通设有进气管A（211）和第二真空压力表（209），所述进气管A（211）上设有第五阀门（210），所述土样反应釜（2）中设有温度计（200）；所述土样反应釜（2）底部连通设有进水管（213），所述进水管（213）上对应设有第二流量计（212）和第六阀门（214）；所述土样反应釜（2）底部与土样成型盒（3）顶部之间通过土浆联通管（4）相连通，所述土浆联通管（4）上从上至下依次设有第四阀门（207）、第一流量计（208）和第七阀门（300）。

2.按照权利要求1所述的基于沸石置换反应的可变密度含气土样制备装置，其特征在于：所述土样成型盒（3）底部连通设有第三真空压力表（308），所述土样成型盒（3）包括模顶盖（301）、成型模（302）和模底盖（304），所述模顶盖（301）可拆卸式密封安装于成型模（302）顶部，所述模底盖（304）可拆卸式密封安装于成型模（302）底部，所述模顶盖（301）设有带刻度的推料活塞（307）。

3.按照权利要求1所述的基于沸石置换反应的可变密度含气土样制备装置，其特征在于：所述沸石反应釜（1）包括罐体（105）和密闭盖合于罐体（105）的顶部罐口处的沸石密封盖（102），所述沸石密封盖（102）与罐体（105）顶部之间还通过若干个第一螺栓（103）连接固定；所述罐体（105）底部呈漏斗形状，所述高压导管A（107）靠近罐体（105）底部位置处设有第二阀门（106），所述进气管B（108）、第一真空压力表（101）分别连通设置于沸石密封盖（102）上。

4.按照权利要求2所述的基于沸石置换反应的可变密度含气土样制备装置，其特征在于：所述推料活塞（307）包括推料杆、推料柄和推料活塞板，所述推料杆贯穿安装于模顶盖（301）上，所述推料杆顶端固定有推料柄，所述推料杆底端固定有推料活塞板，所述推料活塞板配合位于成型模（302）内部，所述推料柄位于土样成型盒（3）外部，所述推料杆沿高度方向设有刻度线（306）。

5.按照权利要求1所述的基于沸石置换反应的可变密度含气土样制备装置，其特征在于：所述土样反应釜（2）包括筒体（205）和密闭盖合于筒体（205）的顶部筒口上的土样密封盖（203），所述土样密封盖（203）与筒体（205）顶部之间还通过若干个第二螺栓（202）连接固定；所述进气管A（211）和第二真空压力表（209）分别连通设于土样密封盖（203）上，所述高压导管B（215）端部连通设置于土样密封盖（203）上。

6.按照权利要求1所述的基于沸石置换反应的可变密度含气土样制备装置，其特征在于：还包括真空泵、N₂储存罐和注水箱，所述真空泵具有抽真空管，所述真空泵的抽真空管分别与进气管A（211）、进气管B（108）相对应，所述N₂储存罐具有出气管，所述N₂储存罐的出气管分别与进气管A（211）、进气管B（108）相对应。

7.按照权利要求5所述的基于沸石置换反应的可变密度含气土样制备装置，其特征在于：所述搅拌器（204）包括搅拌电机、搅拌轴和搅拌桨，所述搅拌轴转动贯穿安装于土样密封盖（203）上，所述搅拌轴上配合安装有若干个搅拌桨，所有搅拌桨均位于筒体（205）内部，所述搅拌电机安装于土样密封盖（203）上，所述搅拌电机的动力输出轴与搅拌轴动力连接。

8.按照权利要求2所述的基于沸石置换反应的可变密度含气土样制备装置，其特征在于：所述高压导管B（215）端部连通设置于模底盖（304）上，所述土浆联通管（4）底端连通设置于模顶盖（301）上，所述第三真空压力表（308）连通设置于成型模（302）底部。

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