一种用于海底软土全流动贯入强度测试的温控装置的制作方法

本发明属于建设工程技术领域，涉及不同温度对海底软土贯入试验的影响研究，尤其针对低温条件下海底软土的全流动贯入强度试验研究。

背景技术：

根据鞠文杰【鞠文杰，曹浩明，梅路平，等.温度变化对海底管道试压的影响规律[J].石油和化工设备，2015，18：14—18】研究表明，黄、渤海海底温度基本在6℃左右，海底在深度1000m处的水温约为4-5℃，2000m处为2-3℃，深于3000m处为1-2℃。邹大鹏【邹大鹏，卢博，阎贫，等.南海北部海底沉积物在温度变化下的三种声速类型[J].地球物理学报，2012，55(3):1017—1024】提到海底沉积物存在着不同的表层温度和温度梯度，接近于大陆架表面的温度可以达到25℃左右，接近于1000m水深的温度约为2℃，从表面往下温度梯度平均为39℃/km。米立军【米立军，袁玉松，张功成，等.南海北部深水区地热特征及其性质[J].石油学报，2009，30(1)：27—31】、王宗山【王宗山，徐伯，昌龚，等.黄海、渤海底层温度数值预报方法的研究[J].黄渤海海洋，1996，14(3):23—28】也都提及了海底低温条件。因此，处于海底的软土真实温度状态为低温状态，且大多数海底软土处于(0-4℃)。然而，由于试验条件等的限制，现进行的土强度和流变性研究，多基于室温25℃，所以，研究低温对土强度和流变性的影响非常有必要。

在低温条件下进行试验研究，因试验环境温度难以精确控制。现有的试验条件难以将精确的温度控制与实际试验相结合。对于上述问题，解决的途径有两种：其一，制造大型的恒温控制室，可容纳全部试验仪器以及相关试验人员，但其弊端非常明显，如恒温控制室造价极高，耗能极大，恒温控制室选址要求严格，且控温精度低，升温、降温速度慢等；其二，基于小型的恒温控制箱，仅将试验的部分关键仪器和试样等放入恒温控制箱内。洪娇娇【洪娇娇.基于超微型贯入实验的粘性土强度温度效应研究[D].南京大学，2013】对已有超微型贯入仪进行改进，在原有仪器基础上增加了水浴箱，保证了实验过程恒定的温度。但其控温范围在20℃-50℃。邵玉娴【邵玉娴.粘性土工程性质的温度效应试验研究[D].南京大学，2011】利用微电脑人工气候箱，控温范围5-50℃，温度分辨率为0.1℃，控温精度为±1.5℃，但微电脑人工气候箱造价高，对于进行海底全流动贯入试验极不方便，其课题组设计了步入式高低温交变湿热实验室，控温范围为-10℃-80℃，温度分辨率为0.1℃，控温精度为±0.5℃，但造价极高，实现困难。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种研究低温条件下，海底软土的全流动贯入强度试验装置。该装置基于小型的恒温控制箱，仅将试验的部分关键仪器和试样等放入恒温控制箱内，试验的其他部分如：试验控制系统等，放到恒温控制箱外，内外一起协调工作。箱内包含试验系统、观测系统、温控系统等；箱外包含控制系统，数据、图形采集系统等。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于海底软土全流动贯入强度测试的温控装置，包括恒温控制箱2，箱顶的透明盖板1，箱内支撑平台，箱内观测系统，箱内温控系统，箱内试验系统，箱外控制系统。

所述的恒温控制箱2能够根据试验具体要求，采购控温范围、精度、尺寸等不同的箱体。所述的透明盖板1通过螺栓20安装在恒温控制箱2顶部，包括仪器预留孔17、光源线口18和数据线口19，所述的仪器预留孔17用于放置全流动贯入仪22，数据线口19用于通过温度仪数据线27，透明盖板1用来确保箱内温度恒定，且可直接观察箱内具体情况。所述的箱内支撑平台为试验台15，根据具体试样或仪器16要求，制作不同尺寸的试验台15，所述的试样或仪器16放置在试验台15上方，构成箱内试验系统，箱内试验系统可根据具体贯入试验要求，放置不同的试样或仪器16。所述的恒温箱控制室3位于恒温控制箱2下方，包括恒温箱控制开关4、调温按钮5和显示器6，恒温箱控制室3通过恒温箱电源线25与电源24连接；所述的恒温箱外壁20采用保温性好的材料制成。

所述的箱内观测系统包括箱壁铺设的光源9，由四根竖向圆管10、四根水平上圆管11、四根水平下圆管12以及八个三通连接件13构成的能够在空间平面任意调整位置的支架，以及能够360度旋转的位于支架上方的摄像头14；所述的摄像头14通过摄像头数据线28与计算机23连接，通过摄像头14在箱外监测任意位置和角度的贯入试验进程，进行试验操作；所述的光源9通过光源电源线26与电源连接。

所述的箱内温控系统包括由吸盘7固定在恒温控制箱2内壁上的温度仪8，温度仪8通过温度仪数据线27与计算机23连接，用于严格控制当前的真实温度，还能与箱外显示器6的温度进行直观的对比。

所述的箱外控制系统包括电源24、全流动贯入仪22和计算机23。所述的全流动贯入仪22通过全流动贯入仪连接线29与全流动贯入仪控制设备30连接；计算机23用于采集数据、图形，在计算机屏幕上，直接观察和记录当前的试验状态与试验数据。

使用该装置时，首先将光源9与电源线28连接；将吸盘器7固定，连接温度仪8与数据线27；根据不同流变试验对空间的要求，确定试验台15的高度与大小，放入试样16，确定水平支架11、12、竖向支架10的位置，放入全流动贯入仪22与恒温箱外壁20上的螺栓21固定，设定摄像头14的个数以及角度；连接计算机23进行试验前的调试；盖上透明盖板1；接通电源，打开恒温箱控制开关4，调节调温按钮5至试验温度；温度恒定后，开始试验，收集试验结果；结束试验，断电整理。

本发明的效果和益处是：该装置连接简单，操作方便，安全可靠性高；造价低、耗能少；升温、降温速度快且控温精度高；可适用于多种不同类型的土工试验，适用性强，并可实时监控试验的各个角度与温度的变化。

附图说明

图1是温控装置的剖面图；

图2是温控装置的俯视图；

图3是温控装置的透明盖板的结构图；

图4是温控装置的结构图；

图中：1透明盖板；2恒温控制箱；3恒温箱控制室；4恒温箱控制开关；5调温按钮；6显示器；7吸盘；8温度仪；9光源；10竖向圆管；11水平上圆管；12水平下圆管；13三通连接件；14摄像头；15试验台；16试样或仪器；17仪器预留孔；18光源线口；19数据线口；20恒温箱外壁；21螺栓；22全流动贯入仪；23计算机；24电源；25恒温箱电源线；26光源电源线；27温度仪数据线；28摄像头数据线；29全流动贯入仪连接线；30全流动贯入仪控制设备。

具体实施方式

以下结合技术方案(和附图)详细叙述本发明的具体实施方式。

一种用于海底软土全流动贯入强度测试的温控装置包含：恒温控制箱，箱顶透明盖板，箱内支撑平台，箱内观测系统，箱内温控系统，箱内试验系统，箱外数据、图形采集系统，箱外控制系统。恒温控制箱2可根据试验具体要求，采购控温范围、精度、尺寸等不同的箱体。箱顶透明盖板1采用保温性好的材料制成，包含仪器预留孔17、光源线口18、数据线口19，可确保箱内温度恒定，且可直接观察箱内具体情况。箱内支撑平台可根据具体试样要求，制作不同尺寸的试验台15。箱内观测系统包含箱壁铺设的光源9，由四根竖向圆管10、四根水平上圆管11、四根水平下圆管12以及八个三通连接件13组成的可在空间平面任意调整位置的支架，以及360度旋转的摄像头14，其作用可在箱外监测任意位置和角度的贯入试验进程，以便进行试验操作。箱内温控系统是将温度仪8由吸盘7固定在箱内壁上，其作用可严格控制当前的真实温度，还能与箱外显示器6的温度进行直观的对比。箱内试验系统可根据具体贯入试验要求，放置不同的试样16。箱外包含电源24、恒温箱电源线25、光源电源线26、温度仪数据线27、摄像头数据线28、全流动贯入仪连接线29，以及与之相连的数据、图形采集系统计算机23，还有全流动贯入仪控制设备30，其可在计算机屏幕上，直接观察和记录当前的试验状态与试验数据。

使用该装置时，首先将光源9与电源线28连接；将吸盘器7固定，连接温度仪8与数据线27；根据不同流变试验对空间的要求，确定试验台15的高度与大小，放入试样16，确定水平支架11、12、竖向支架10的位置，放入全流动贯入仪22与恒温箱外壁20上的螺栓21固定，设定摄像头14的个数以及角度；连接计算机23进行试验前的调试；盖上透明盖板1；接通电源，打开恒温箱控制开关4，调节调温按钮5至试验温度；温度恒定后，开始试验，收集试验结果；结束试验，断电整理。