CN104805823A - 一种增压式真空预压联合电渗处理软土地基的大型模型试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增压式真空预压联合电渗处理软土地基的大型模型试验装置。试验装置主要由真空预压***、增压***、电渗***构成。试验装置除了可进行传统的电渗固结试验或真空预压试验外，还可进行不同形式的增压式真空预压与电渗联合处理软土地基的试验。通过改变试验箱内填土高度、圆形不锈钢电极的拉缝位置，试验装置可适应不同的地基加固深度；通过改变塑料排水板和圆形拉缝钢管***的位置，试验装置可满足不同的增压式真空预压联合电渗的布置形式。简单、经济与模拟形式多样是该模型试验装置的主要特点。

Description

一种增压式真空预压联合电渗处理软土地基的大型模型试验装置

技术领域

本发明涉及一种大型的软土地基处理装置，用于模拟增压式真空预压联合电渗处理软土地基。

背景技术

随着我国沿海地区经济的快速发展，土地资源日益紧张，吹填造陆后再进行地基加固已经成为缓解土地资源紧张的主要手段。在我国东部沿海地区，广泛分布着深厚软粘土地基，软粘土具有高含水量、高压缩性、高触变性、低抗剪强度等诸多不利的工程性质。因此软黏土地基在进行工程建设之前必须进行适当的处理。在工程实践中，常用的地基处理方法有堆载预压法、真空预压法、强夯法、井点排水法以及低能量压密法，这些方法对砂土、粉土的处理效果比较理想，但是采用上述方法对沉降、强度要求较高并且低渗透性、高含水率的软粘土、吹填土地基以及软黏土边坡进行处理时，往往存在处理费用昂贵、工厂漫长、效率低且处理效果不甚理想等问题。

电渗法处理软弱土地基已有很长的历史，粘土颗粒的带电现象早在1809年就为俄国学者列伊斯Reuss所发现，他实验后表明：极小的粘粒本身带有一定量的负电荷，在电场作用下向正极移动，这种现象叫做电泳；在负极附近，水分子随着水化阳离子一起移动，这种现象叫做电渗。电泳、电渗现象是同时发生的，统称为电动现象。电动现象可以用来加固软粘土地基，使软土含水量降低，强度提高，相比其他传统的处理方法，在处理具有细颗粒、低承载力、低渗透性、高含水量、高压缩性等特性的吹填土时，电渗法拥有显著的优势。

然而，单独用电渗法处理软土地基也存在处理成本高、电极易腐蚀及后期处理效率低等问题。由于真空预压和电渗对土体有相似的加固机理，两种方法在加载过程中都不会使土体产生剪切破坏。后续便逐级发展出真空预压-电渗联合法，在早期土体含水量较大时，用真空预压法能够快速排出土中大部分的自由水，但随着含水量的降低，真空预压的处理效果明显降低；在后期土体含水量较小时，用电渗联合真空预压便能够进一步降低土体中的含水量。将真空预压与电渗相结合，不仅提高了地基处理效果，还极大地降低了地基处理的时间和成本，所以真空-电渗联合法便成为了软土地基处理中较为有效和前途的方法之一。

增压式真空预压法通过在塑料排水板间插设增压管，待常规真空预压固结度达到40％后，连接增压管至增压泵，增加土体中心的正气压，增大土体中心与排水板的压力差。增压 式真空预压缓解了真空预压后期排水效率疲软的问题，缩短了真空预压的处理时间。此外，也可将增压管管口敞开，使增压管放空，让深层土体直接与大气连通，此技术也可增加真空预压处理时土体中心和排水板之间的压力差，加快排水速率相比传统真空预压工法能进一步提高地基处理效果。因此，增压式真空预压是未来真空预压法的重要发展方向，急需一种能在室内能方便快捷地模拟实际工程中用增压式真空预压联合电渗处理软土地基的试验装置，以便研究能够在提高处理效果的同时又节约成本的新型地基处理工法。

在本发明之前，电渗固结试验装置往往存在尺寸过小，电极布置形式单一等问题。一方面，该类试验装置可模拟的工况过少且不能充分反映工程实际情况；另一方面，该类试验装置不能将电渗法和真空预压法或增压式真空预压法相结合。因此，需要一种大型的试验装置来模拟增压式真空预压和电渗联合处理软土地基，以便模拟不同的增压式真空预压联合电渗的布置方式，更好地反映工程实际情况，得出对工程实际有指导意义的试验结果

发明内容

本发明提供了一种增压式真空预压联合电渗处理软土地基的大型模型试验装置。主要创新在于通过该大型试验装置能方便地在室内对增压式真空预压联合电渗处理软土地基进行模拟。本发明将电渗电极与增压管合二为一，不锈钢拉缝钢管即可充当电渗电极，必要时与塑料增压管结合可用于增压和放气等工艺，且通过试验装置各参数的设置可实现对不同联合方式的模拟。通过改变填土高度，试验装置可模拟不同的地基深度；通过改变电极材料和尺寸，试验装置可模拟不同的电极材料和尺寸的电渗处理软土地基；通过改变圆形不锈钢钢管拉缝的位置，试验装置可模拟增压式真空预压不同深度的增压；通过改变塑料排水板和圆形拉缝钢管***的位置，试验装置可模拟不同的增压式真空预压联合电渗的布置方式，例如矩形布置、圆形布置、梅花型布置、平行错位型布置等。

附图说明

图1为本发明整体示意图。

图2为本发明主体模型箱示意图。

图3为本发明矩形电极布置图。

图4为本发明平行错位形电极布置图。

图中：1、钢化玻璃模型箱 2、标尺 3、排水阀 4、钢制底座 5、滚轮 6、圆形拉缝钢管 7、塑料排水板 8、密封膜 9、手型接头 10、塑料钢丝软管 11、三通接头 12、抽滤瓶 13、真空表 14、塑料真空管 15、真空泵 16、电子天平 17、塑料增压管 18、气动接头 19、增压泵 20、 导线 21、外置直流电源

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明做进一步的说明：

如图1、图2所示，增压式真空预压联合电渗处理软土地基的大型模型试验装置主要由电渗***、抽真空***、增压***构成；钢化玻璃模型箱1放置在底部装有滚轮6的钢制底座5上；两条标尺2分别粘贴在钢化玻璃正面的左右两端；三排共九个排水阀3安装在钢化玻璃箱1底部的中间和两端；圆形拉缝钢管6作为电渗电极待填土完毕后直接***土中；塑料排水板7***设在作为电渗阴极的圆形拉缝钢管6附近；密封膜8敷设在土体表面，四周做压沟处理；塑料排水板7通过手型接头9、塑料钢丝软管、三通接头11连接至抽滤瓶12；真空表13安装在抽滤瓶12的瓶塞上；抽滤瓶12通过塑料真空管14连接至真空泵15；抽滤瓶12的质量通过电子天平16称量；圆形拉缝钢管6作为电渗阳极时，顶部开口通过塑料增压管17、气动接头18连接至增压泵19，管口做密封处理，并且管身上部通过导线20连接至外置直流电源21的正极，使其兼顾电渗阳极和增压管的双重作用；圆形拉缝钢管6作为电渗阴极时，管口用密封胶带密封并通过导线20连接至外置直流电源21的负极。

具体实施过程如下：

如图1、图2、图3、图4所示，将钢化玻璃模型箱1放置在底部装有滚轮6的钢制底座5上；关闭钢化玻璃模型箱1底部的排水阀3；将土样分层装填至50cm高；以矩形布置为例，将圆形拉缝钢管6底部用胶带密封后***土中形成中间阳极两侧阴极的矩形布置，管口露出土层表面10cm；在模型箱中心线靠近作为阴极的圆形拉缝钢管6附近***塑料排水板7；在土层表面敷设密封膜8，四周进行压沟处理，密封膜8破坏的地方用胶带和玻璃胶进行修补，避免漏气；把塑料排水板7通过手型接头9、塑料钢丝软管、三通接头11连接至抽滤瓶12；在抽滤瓶12的瓶塞处进行打孔，将真空表13安装到瓶塞上，用生胶带和密封胶进行密封处理；抽滤瓶12通过塑料真空管14连接至真空泵15；在作为电渗阳极的圆形拉缝钢管6的管口***塑料增压管17，管口进行胶带密封处理；把各个作为电渗阳极的圆形拉缝钢管6通过塑料增压管17、气动接头18连接至增压泵19；把各个圆形拉缝钢管6按照电渗电极的布置通过导线20连接到外置直流电源21，形成闭合回路，管口进行胶带密封处理。

试验开始后，先进行真空预压排水，开启真空泵15，监测真空表13以保证真空度维持的85kPa左右；定时用电子天平16来测量抽滤瓶12中的出水量；待出水量降低后，普通真 空预压的效果逐渐降低，此时开启增压泵19进行增压式真空预压，期间抽真空恒载；待真空表13中显示的真空度降低至45Kpa后，为避免土中真空度过低，此时结束增压；增压的周期可依据试验效果自行设定；待出水量降低至每小时50ml后，增压式真空预压的效果也逐渐降低，此时开启外置直流电源21，进行电渗-增压式真空预压联合排水；待出水量降低至每小时5ml左右时，为节约电能，此时可结束试验；移除密封膜8，回收圆形拉缝钢管6、塑料钢丝软管9、塑料增压管17和导线20。

Claims (6)

1.一种增压式真空预压联合电渗处理软土地基的大型模型试验装置，其特征在于：试验装置由真空预压***、增压***、电渗***构成；真空预压***主要由塑料排水板、手型接头、塑料钢丝软管、三通接头、抽滤瓶、真空表、真空泵组成；增压***主要由圆形拉缝钢管、塑料增压管、气动接头、增压泵组成；电渗***主要由圆形拉缝钢管、导线、外置直流电源组成；通过改变试验箱内填土高度可模拟不同的地基加固深度；通过改变塑料排水板和圆形拉缝钢管的位置可满足不同的增压式真空预压联合电渗的布置形式。

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述增压***中的塑料增压管是***圆形拉缝钢管中，使圆形拉缝钢管兼顾电渗***中阳极和增压***中增压管的双重作用。

3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述电渗***，通过控制外置直流电源可实现间歇通电、逐级加载电压及电极反转等技术。

4.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述增压***，通过改变塑料增压管***的位置来配合电极反转可实现反向增压技术，使土体处理更均匀。

5.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：钢化玻璃模型箱放置在底部装有滚轮的钢制底座上；两条标尺分别粘贴在钢化玻璃正面的左右两端；三排共九个排水阀安装在钢化玻璃箱底部的中间和两端；圆形拉缝钢管作为电渗电极待填土完毕后直接***土中；塑料排水板***设在作为电渗阴极的圆形拉缝钢管附近；密封膜敷设在土体表面，四周做压沟处理；塑料排水板通过手型接头、塑料钢丝软管、三通接头连接至抽滤瓶；真空表安装在抽滤瓶的瓶塞上；抽滤瓶通过塑料真空管连接至真空泵；抽滤瓶的质量通过电子天平称量；圆形拉缝钢管作为电渗阳极时，顶部开口通过塑料增压管、气动接头连接至增压泵，管口做密封处理，并且管身上部通过导线连接至外置直流电源的正极，使其兼顾电渗阳极和增压管的双重作用；圆形拉缝钢管作为电渗阴极时，管口用密封胶带密封并通过导线连接至外置直流电源21的负极。

6.一种采用权利要求1所述的试验装置进行试验的方法，其特征在于：

将钢化玻璃模型箱放置在底部装有滚轮的钢制底座上；关闭钢化玻璃模型箱底部的排水阀；将土样分层装填至50cm高；以矩形布置为例，将圆形拉缝钢管底部用胶带密封后***土中形成中间阳极两侧阴极的矩形布置，管口露出土层表面10cm；在模型箱中心线靠近作为阴极的圆形拉缝钢管附近***塑料排水板；在土层表面敷设密封膜，四周进行压沟处理，密封膜破坏的地方用胶带和玻璃胶进行修补，避免漏气；把塑料排水板通过手型接头、塑料钢丝软管、三通接头连接至抽滤瓶；在抽滤瓶的瓶塞处进行打孔，将真空表安装到瓶塞上，用生胶带和密封胶进行密封处理；抽滤瓶通过塑料真空管连接至真空泵；在作为电渗阳极的 圆形拉缝钢管的管口***塑料增压管，管口进行胶带密封处理；把各个作为电渗阳极的圆形拉缝钢管通过塑料增压管、气动接头连接至增压泵；把各个圆形拉缝钢管按照电渗电极的布置通过导线连接到外置直流电源，形成闭合回路，管口进行胶带密封处理；

试验开始后，先进行真空预压排水，开启真空泵，监测真空表以保证真空度维持的85kPa左右；定时用电子天平米测量抽滤瓶中的出水量；待出水量降低后，开启增压泵进行增压式真空预压，期间抽真空恒载；待真空表中显示的真空度降低至45Kpa后，结束增压；增压的周期可依据试验效果自行设定；待出水量降低至每小时50ml后，开启外置直流电源，进行电渗-增压式真空预压联合排水；待出水量降低至每小时5ml左右时，试验结束；移除密封膜，回收圆形拉缝钢管、塑料钢丝软管、塑料增压管和导线。