CN114878784A - 一种软土固化试验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种软土固化试验装置及方法,其中耦合机构包括可在试验箱中上下移动的加载板,堆载加压机构用以对加载板施加竖向荷载;加载板底部沿阴极、阳极孔道开设内螺纹接口,内螺纹接口中设置金属触点;阴极导线连接沿阴极孔道设置的金属触点,阳极导线连接沿阳极孔道设置的金属触点;多个电极螺纹连接在加载板底部,与金属触点接触;多个电极中至少一个电极为阴极电极,其余电极为阳极电极,阴极电极与试验箱内底部的排水孔上下对应;导线自加载板顶部穿出并连接电源,使电极带电。本发明可进行多种固结手段联合试验,有助于研究发现更佳的软土固结方案。

Description

一种软土固化试验装置及方法
技术领域
本发明涉及试验装置,具体涉及一种软土固化试验装置及方法。
背景技术
软土固化方法包括堆载加压法、电渗法等,其中堆载加压能够在一定程度上压缩土体孔隙,提高土体密实度及承载力,但在单一堆载作用下排水有限,大部分孔隙仍被水填充,固结效果欠佳。电渗法是通过向土体通入直流电,使水分子自阳极向阴极迁移排出,能够在一定程度上提高土体强度,但存在固化不均、效率低等问题。综上,有必要研究多种手段联合应用的固化效果,为软土排水固结处理提供新的思路。然而,实验室中的软土固化试验装置多针对单一软土固化方法定制,难以满足该研究需要。
发明内容
发明目的:本发明的目的是针对上述问题,提出一种软土固化试验装置,该试验装置能够进行多种固结手段联合试验;本发明的第二目的是提出一种软土固化试验方法。
技术方案:本发明所述的软土固化试验装置,包括一体连接的试验箱和底座,底座内设排水通道,排水通道一端与试验箱内腔连通,另一端为出水口,所述试验装置还包括堆载加压机构和耦合机构,耦合机构包括可在试验箱中上下移动的加载板,堆载加压机构用以对加载板施加竖向荷载;加载板底部设有多个电极,其中至少一个电极为阴极电极,其余电极为阳极电极,阴极电极与试验箱内底部的排水孔上下对应。
本发明可进行加压+电渗联合固结试验。经试验,堆载加压法和电渗法这两种方法可实现相互补充,既可以弥补纯电渗条件下排水固结效果不均匀、效率低的缺陷,又可以弥补单一堆载条件下排水不充分的缺陷。
进一步地,加载板内设阴极孔道和阳极孔道,阴极孔道中设置阴极导线,阳极孔道中设置阳极导线;加载板底部沿孔道开设内螺纹接口,内螺纹接口中设置金属触点;阴极导线连接沿阴极孔道设置的金属触点,阳极导线连接沿阳极孔道设置的金属触点;导线自加载板顶部穿出并连接电源;电极螺纹连接在加载板底部,与金属触点接触带电。
进一步地,阳极孔道为圆弧形;阴极电极的数量为一个,位于加载板中心及阳极孔道圆心。
进一步地,电极为周向开孔、上部开口的中空结构;孔道与其内设置的导线间、以及内螺纹接口与金属触点间均留有间隙,以便向电极中注入化学浆液。
在电渗过程中,注入化学浆液能够提高总排水量,另外通过引入足量的阳离子,与黏土矿物中的硅酸盐类物质在碱性环境下发生化学反应,产生胶体,能够填充部分孔隙。本技术方案中采用化学电渗,化学浆液可从电极周向孔渗入土体,加快土体化学胶结,进而提高土体固结效果。
进一步地,电极底部呈尖锥状,便于电极***软土中,同时有利于在软土中下沉,与土体充分接触。
进一步地,底座上设有孔压传感器,孔压传感器的导压管延伸至试验箱中。
进一步地,孔压传感器的数量为多个,用以监测试验箱内不同位置的土体间孔隙水压。
进一步地,底座上设有立杆,立杆顶部铰接有杠杆,杠杆末端铰接有第一连杆,第一连杆底部设有托盘,托盘用以放置砝码;加载板顶部铰接有第二连杆,第二连杆另一端与杠杆铰接。本技术方案中通过堆载砝码的方式向土体提供竖向荷载,进行土体压缩,可根据土体的受压程度调整砝码质量。
本发明还保护一种软土固化试验方法,包括如下步骤:
(1)在试验箱内底部布设土工布,随后装入软土,并将加载板置于试验箱中,加载板下方包裹土工布的电极***软土中;
(2)将阴极导线和阳极导线接电;
(3)向阴极孔道和阳极孔道中注入化学浆液,化学浆液经电极渗入土体;
(4)在托盘上按照规格由小到大放置砝码;
(5)土体固结过程中,收集从出水口流出的水,实时记录排水量、排水速率以及土体孔压;
(6)当出水口排水速率低于设定值时,视为固结完成;切断电源并静置一段时间后,取出固结土体并进行相应的性能检测。
如前所述,本发明可进行加压+电渗联合固结试验,或加压+化学电渗联合固结试验,有助于研究发现更佳的软土固结方案,解决工程建设中软土地基难题。
有益效果:本发明与现有技术相比,具有如下显著优点:本发明可进行多种固结手段联合试验,有助于研究发现更佳的软土固结方案。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是试验台的结构示意图;
图3是堆载加压机构的结构示意图;
图4是耦合机构的结构示意图;
图5是加载板底部结构示意图;
图6是加载板内部孔道结构示意图;
图7是电极结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1至7所示,一种软土固化试验装置,包括试验台1、堆载加压机构2和耦合机构3。
试验台1,包括一体连接的试验箱101和底座102,试验箱101和底座102均为亚克力材质。底座102内设排水通道,该排水通道一端与试验箱101内腔连通,另一端为出水口103。底座102上通过螺钉固定有立杆106。底座102左侧设有孔压传感器105,该孔压传感器105的导压管104穿过底座102上预先开设的孔道,延伸至试验箱101中,用于监测土体间孔隙水压力的变化情况。
堆载加压机构2,包括杠杆204,杠杆204左端通过转轴205铰接在立杆106顶部,杠杆204右端铰接有第一连杆203。第一连杆203底部设有托盘201。堆载加压机构2基于杠杆原理,通过在托盘201上添加砝码202向试验箱101内的土体施加竖向荷载。
耦合机构3,包括可在试验箱101中上下移动的加载板303,试验箱101上设置刻度,在加载板303向下移动时,可记录加载板303相对位置,实现土体沉降量实时监测。加载板303顶部通过转轴302铰接有第二连杆301,第二连杆301上端与杠杆204铰接。加载板303底部设有七个电极304,其中一个电极304为阴极电极,其余六个电极304为阳极电极,阴极电极与试验箱101内底部的排水孔上下对应。加载板303内设阴极孔道309和阳极孔道310,阳极孔道310为圆弧形,阴极孔道309为条形。阴极孔道309中设置阴极导线307,阳极孔道310中设置阳极导线308。加载板303底部沿孔道开设内螺纹接口,内螺纹接口与对应孔道连通,且内螺纹接口中粘接固定有金属触点306。阴极导线307连接沿阴极孔道309设置的金属触点306,阳极导线308连接沿阳极孔道310设置的金属触点306。导线自加载板303顶部穿出并连接电源。电极304为周向开孔、上部开口的中空结构,电极304顶部设有外螺纹,电极304底部呈尖锥状。电极304螺纹连接在加载板303底部,与金属触点306接触带电。本实施例中,阴极电极位于加载板303中心及阳极孔道310圆心。此外,孔道与其内设置的导线间、以及内螺纹接口与金属触点306间均留有间隙,以便向电极304中注入化学浆液,化学浆液可从电极304的周向孔渗出至土体中。
下面介绍应用上述软土固化试验装置的软土固化试验方法,包括如下步骤:
(1)将试验装置置于水平台面上,在底座102内底部通过防水胶粘接土工布,同时在电极304外壁包裹土工布,以防止泥浆渗入电极304中及排水通道内造成堵塞,影响试验结果。
(2)向试验箱101中装填软土,并预留沉降区间。
(3)将加载板303置于试验箱101内,电极304***软土中。
(4)将阴极导线307和阳极导线308接通电源,开始电渗固结。
(5)择时向阴极孔道309和阳极孔道310中注入化学浆液,进行化学电渗固结,注浆采用压力注浆机。
(6)向托盘201上堆载砝码202对土体施加竖向荷载,堆载砝码202时按照规格由小到大逐级加载。
(7)收集从出水口103流出的水,实时记录排水量、排水速率以及土体孔压;
(8)当出水口103排水速率低于设定值且保持稳定后,视为固结完成;切断电源并静置一段时间后,取出固结土体并进行相应的性能检测。清洁试验装置,待下次试验使用。
本发明的原理为:在直流电场的作用下,软土中的孔隙水自阳极流向阴极并逐步汇集,从排水通道流至出水口排出;期间通过向土体内注入化学浆液促使排水固结进程加快,并与土中离子反应生成胶结物填充相应孔隙;期间通过堆载砝码向土体施加竖向荷载,压缩土颗粒间的孔隙,提高土体密实度。因孔隙水被充分排出后,其孔隙被填充或压缩,最终完成软土的排水固结,固化土体的强度增高。
在具体试验时,可根据土体固结情况随时调整砝码改变土体受压状况,可将化学浆液按照不同的时间节点分别注入阴极孔道和阳极孔道,还可调整堆载、电渗、化学注浆的先后顺序以及耦合时间,以研究不同时间节点,不同加压方案,不同固结手段先后顺序对最终结果的影响,找寻最佳的固结方案。

Claims (9)

1.一种软土固化试验装置,包括一体连接的试验箱(101)和底座(102),底座(102)内设排水通道,排水通道一端与试验箱(101)内腔连通,另一端为出水口(103),其特征在于:所述试验装置还包括堆载加压机构(2)和耦合机构(3),耦合机构(3)包括可在试验箱(101)中上下移动的加载板(303),堆载加压机构(2)用以对加载板(303)施加竖向荷载;加载板(303)底部设有多个电极(304),其中至少一个电极(304)为阴极电极,其余电极(304)为阳极电极,阴极电极与试验箱(101)内底部的排水孔上下对应。
2.根据权利要求1所述的软土固化试验装置,其特征在于:加载板(303)内设阴极孔道(309)和阳极孔道(310),阴极孔道(309)中设置阴极导线(307),阳极孔道(310)中设置阳极导线(308);加载板(303)底部沿孔道开设内螺纹接口,内螺纹接口中设置金属触点(306);阴极导线(307)连接沿阴极孔道(309)设置的金属触点(306),阳极导线(308)连接沿阳极孔道(310)设置的金属触点(306);导线自加载板(303)顶部穿出并连接电源;电极(304)螺纹连接在加载板(303)底部,与金属触点(306)接触带电。
3.根据权利要求2所述的软土固化试验装置,其特征在于:阳极孔道(310)为圆弧形;阴极电极的数量为一个,位于加载板(303)中心及阳极孔道(310)圆心。
4.根据权利要求2所述的软土固化试验装置,其特征在于:电极(304)为周向开孔、上部开口的中空结构;孔道与其内设置的导线间、以及内螺纹接口与金属触点(306)间均留有间隙,以便向电极(304)中注入化学浆液。
5.根据权利要求2所述的软土固化试验装置,其特征在于:电极(304)底部呈尖锥状。
6.根据权利要求1所述的软土固化试验装置,其特征在于:底座(102)上设有孔压传感器(105),孔压传感器(105)的导压管(104)延伸至试验箱(101)中。
7.根据权利要求6所述的软土固化试验装置,其特征在于:孔压传感器(105)的数量为多个,用以监测试验箱(101)内不同位置的土体间孔隙水压。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的软土固化试验装置,其特征在于:底座(102)上设有立杆(106),立杆(106)顶部铰接有杠杆(204),杠杆(204)末端铰接有第一连杆(203),第一连杆(203)底部设有托盘(201),托盘(201)用以放置砝码(202);加载板(303)顶部铰接有第二连杆(301),第二连杆(301)另一端与杠杆(204)铰接。
9.一种软土固化试验方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)在试验箱(101)内底部布设土工布,随后装入软土,并将加载板(303)置于试验箱(101)中,加载板(303)下方包裹土工布的电极(304)***软土中;
(2)将阴极导线(307)和阳极导线(308)接电;
(3)向阴极孔道(309)和阳极孔道(310)中注入化学浆液,化学浆液经电极(304)渗入土体;
(4)在托盘(201)上按照规格由小到大放置砝码(202);
(5)土体固结过程中,收集从出水口(103)流出的水,实时记录排水量、排水速率以及土体孔压;
(6)当出水口(103)排水速率低于设定值时,视为固结完成;切断电源并静置一段时间后,取出固结土体并进行相应的性能检测。
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