专利名称：电渗-真空-加载联合固结仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种软黏土快速固化试验装置，属于土木工程中岩土工程领域。
背景技术：
随着国民经济的快速发展，沿海一带的基础建设也在不断完善，与此同时涌现出的大量软黏土地基急需处理。堆载预压及真空预压法加固地基是目前通常采用的软土地基加固法。但对于高黏粒含量、低渗透性的软黏土，堆载及真空预压排水加固效果不佳。近年来有人将电渗法与传统排水固结法联合应用于软黏土地基的加固，取得了良好的效果。电渗法是采用在土体中插入电极，施加直流电后使土体中的孔隙水在电场作用下从阳极向阴极移动，达到土体排水固结目的。1939年，Casagrand第一次将电渗法应用到岩土工程中。之后各国学者在电渗加固机制与应用方面开展了大量的研究工作。但目前对电渗-真空-加载联合作用加固软基的作用机理及实际工程设计问题研究还不完善，施工主要靠工程技术人员的经验，从而限制了该方法的推广应用。在本发明之前，中国专利ZL200810163315.2、CN201210006833.X 和CN201210479012.8先后公开了用于软土地基加固的室内试验装置:电渗-加载联合固结仪、真空电渗联合固结试验仪和复式真空负压软基加固室内模拟分析仪。前两者不能同时考虑电渗-真空-加载三者的联合作用，且杠杆式加载方式无法保证给土样施加垂直恒定压力；后者结构复杂，成本造价较高，且复式模型较大，一次试验耗费较大人力、物力，从研究电渗-真空-加载联合作用机理角度出发不适合推广应用。
发明内容
为克服上述现有试验装置的缺点或不足，本发明提供了一种轴对称电渗-真空-加载联合固结仪。该发明操作简单，成本低，可以对不同土样开展电渗-真空-加载三者联合、两者联合或单独作用的试验研究，其电极排布方式可以根据工程实际或室内试验需要按四边形、六边形或轴对称方式进行布置。同时可以对土样在固结过程中孔压、电势、沉降量等土性参数的变化进行实时监测，进而定量分析固结效果，为在实际工程中的应用提供可靠的设计参数。本发明所述电渗-真空-加载联合固结仪，包括固结容器，直流电源，加载系统，真空系统和测量系统。其特征在于:固结容器由圆桶形容器体，容器上盖，压力隔板和密封圈组成，固结容器放置在试验台上，圆桶形容器体底部的排水管从试验台预留圆孔穿过，通过连接管与汽水分离瓶或量筒相连，在放置土样的圆桶形容器体中轴处设有阴极排水管，靠近桶壁处设有阳极，阴极排水管和阳极分别通过导线与直流电源连接，4个孔压传感器按预先设定的位置埋入试验土样中，连接在孔压传感器上的电缆线穿过压力隔板插孔和容器上盖上的导管与孔压显示器连接，5个电势测量探针从压力隔板上的插孔插入土样，连接在电势测量探针上的导线穿过容器上盖上的导管与万能表连接，圆桶形容器体和容器上盖连接处包裹一层密封圈，加载系统采用气缸式加载，加载气缸通过加载钢球、加载垫块、容器上盖以及压力隔板将压力传递到土样上，百分表测量头顶在加载垫块上。所述圆桶形容器体、容器上盖和压力隔板由绝缘的有机玻璃制作。所述容器盖外围和中心位置分别设有一定深度的圆环形凹槽和圆形凹槽；环形凹槽外径与圆桶容器外径相等，内径距阳极2cm ;圆环形凹槽顶部设有导线管，圆形凹槽直径略大于阴极排水管直径。所述阴极排水管采用不锈钢管，沿长度方向每隔5mm设置一个排水孔，并用土工布包裹起反虑作用；阳极采用不锈钢条或碳棒，并用导线串联。所述压力隔板中心设有阴极管插孔，周围设有24个阳极插孔，并分别沿轴向设有4个孔压传感器插孔和5个电势量测孔。所述汽水分离瓶上带有刻度。本发明可根据需要开展单纯电渗，单纯真空，单纯加载，电渗-真空联合，电渗-加载联合，真空-加载联合，电渗-真空-加载联合作用以及间歇性通电情况下的固结试验。
图1为本发明整体装置示意图；· 图2为本发明固结容器示意 图3为本发明压力隔板示意图。图中，1、固结容器；2、试验台；3、加载框架；4、空气压缩机或氮气瓶；5、加载气缸；
6、减压阀；7、压力表；8、加载钢球；9、加载垫块；10、直流电源；11、电源导线；12、真空泵；13、真空表；14、汽水分离瓶；15、万能表；16、电势测量头；17、量筒；18、孔压显示器；19、孔压电缆线；20、支架；21、百分表；22、连接管；23、圆桶形容器体；24、容器上盖；25、压力隔板；26、阴极排水管；27、阳极；28、孔压传感器；29、电势测量探针；30、密封圈；31、阳极连接导线；32、导线管；33、排水管；34、阴极排水管插孔；35、阳极插孔；36、孔压管插孔；37、电势探针插孔。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明。如图1所示，电渗-真空-加载联合固结仪包括固结容器1，直流电源10，加载系统，真空系统和测量系统。加载系统采用气缸加载，包括试验台2，加载框架3，加载气缸5，空气压缩机4，减压阀6，压力表7，加载钢球8和加载垫块9。直流电源5通过导线和导线管分别与阴极排水管26和阳极连接27。真空系统由真空泵12，汽水分离瓶14和真空表13组成。测量系统包括孔压传感器28，孔压显示器18，电势测量探针29，万能表15，百分表21和量筒17。如图2所示，固结容器I由圆桶形容器体23，容器上盖24，压力隔板25和密封圈30组成。圆桶形容器体23、容器上盖24和压力隔板25采用绝缘的有机玻璃制作。容器盖外围和中心位置分别设有一定深度的圆环形凹槽和圆形凹槽，环形凹槽外径与圆桶容器外径相等，内径距阳极2cm，圆环形凹槽顶部设有导线管。圆桶形容器体中心处设有阴极排水管26，阴极排水管采用不锈钢管制作而成，沿长度方向每隔5_设置一个排水孔，并用土工布包裹起反虑作用。靠近桶壁处设有阳极27，阳极采用不锈钢条或碳棒，并用导线31串联。
如图3所示，压力隔板26中心设有阴极管孔，外围设有24个阳极插孔，沿轴线设有4个孔压电缆线孔和5个电势测量探针插孔。具体试验过程为:
(1)将固结容器I放置在试验台2上，且排水管33从试验台预设的圆孔穿过。用连接管22将排水管33与汽水分离瓶14连接，若不进行真空试验，则连接管另一端放入量筒17。将包裹土工布的阴极排水管26套在容器体内部的排水管33上；
(2)将试验土样装入容器体内，在装入土样的过程中在理想位置埋设孔压传感器28，然后放置压力隔板25，孔压传感器电缆从压力隔板穿过；在阳极插孔插入试验所需根数的不锈钢条或碳棒，并用导线31串联起来；在电势测量孔插入电势测量探针29至理想位置；
(3)电源导线11和电势测量导线16穿过导线管分别与阴极排水管26、阳极27和电势探针29连接。将孔压传感器电缆穿过其它导线管，然后盖上容器上盖24，用密封圈30密封，并用玻璃胶密封导管口。(4)将加载垫块9放置在容器盖上，并放置加载钢球8 ;然后将百分表21固定在支架20上，百分表测量头加载垫块接触，并记录初始读数。(5)将真空泵12与汽水分离瓶14连接好，接通电源；开启直流电源10，调至预定电压；开启减压阀6至预定压力，电渗-真空-加载固结试验开始。每隔一定时间记录孔压显示器，百分表，汽水分离瓶上的读数，并用万能表测量各测点的电势。本发明电渗-真空-加载联合固结仪可根据需要开展单纯电渗，单纯真空，单纯加载，电渗-真空联合，电渗-加载联合，真空-加载联合，电渗-真空-加载联合作用以及间歇性通电情况下的固结试·验。
权利要求
1.一种电渗-真空-加载联合固结仪，包括固结容器，直流电源，加载系统，真空系统和测量系统，其特征在于:固结容器由圆桶形容器体，容器上盖，压力隔板和密封圈组成，固结容器放置在试验台上，圆桶形容器体底部的排水管从试验台预留圆孔穿过，通过连接管与汽水分离瓶或量筒相连，在放置土样的圆桶形容器体中轴处设有阴极排水管，靠近桶壁处设有阳极，阴极排水管和阳极分别通过导线与直流电源连接，4个孔压传感器按预先设定的位置埋入试验土样中，连接在孔压传感器上的电缆线穿过压力隔板插孔和容器上盖上的导管与孔压显示器连接，5个电势测量探针从压力隔板上的插孔插入土样，连接在电势测量探针上的导线穿过容器上盖上的导管与万能表连接，圆桶形容器体和容器上盖连接处包裹一层密封圈，加载系统采用气缸式加载，加载气缸通过加载钢球、加载垫块、容器上盖以及压力隔板将压力传递到土样上，百分表测量头顶在加载垫块上。
2.根据权利要求1所述的电渗-真空-加载联合固结仪，其特征在于:圆桶形容器体、容器上盖和压力隔板由绝缘的有机玻璃制作。
3.根据权利要求1所述的电渗-真空-加载联合固结仪，其特征在于:容器盖外围和中心位置分别设有一定深度的圆环形凹槽和圆形凹槽；环形凹槽外径与圆桶容器外径相等，内径距阳极2cm ;圆环形凹槽顶部设有导线管；圆形凹槽直径略大于阴极排水管直径。
4.根据权利要求1所述的电渗-真空-加载联合固结仪，其特征在于:阴极排水管采用不锈钢管，沿长度方向每隔5_设置一个排水孔，并用土工布包裹；阳极采用不锈钢条或碳棒，并用导线串联。
5.根据权利要求1所述的电渗-真空-加载联合固结仪，其特征在于:压力隔板中心设有阴极管插孔，周围设有24个阳极插孔，并分别沿轴向设有4个电缆孔和5个电势量测孔。
6.根据权利要求1所述的电渗-真空-加载联合固结仪，其特征在于:汽水分离瓶上带有刻度。`
全文摘要
本发明提供了一种电渗-真空-加载联合固结仪，由固结容器，直流电源，加载系统，真空系统和测量系统组成。固结容器上盖设有一定深度的环形和圆形凹槽，并在环形凹槽顶部设有导线管。阴极排水管为带孔的不锈钢管，并用土工布包裹起反虑作用，阳极为不锈钢条或碳棒，并用导线串联。固结容器底部设有排水管，通过连接管与汽水分离瓶或量筒相连。其加载系统采用气缸式加载。该发明操作简单，可以对不同土样开展电渗-真空-加载三者联合、两者联合或单独作用的室内试验研究。同时可以对土样在固结过程中孔压、电势、沉降量等土性参数的变化进行实时监测，进而定量分析固结效果，为在实际工程中的应用提供可靠的设计参数。
文档编号G01N33/24GK103245770SQ20131013686
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月19日 优先权日2013年4月19日
发明者周亚东, 王保田, 祁生旺, 潘冬庆 申请人:河海大学