多功能软土电渗固化排水装置的制作方法

本实用新型涉及一种试验装置，特别涉及一种多功能软土电渗固化排水装置，该装置适用于沿海软土、淤泥质土等。

背景技术：

国内沿海地区分布有大量天然沉积软土，各种疏浚工程和吹填工程亦产生了大量的疏浚土和吹填土，这些软土含水量高、压缩性大、渗透性低，对其所形成的软土地基合理加固处理是工程成功的关键。基于此，近些年对于高效加固处理软黏土提出了各种技术手段，其中以电渗、真空预压及堆载方式为较适合软黏土加固处理的技术方案，几种手段联合使用既可以克服常规排水速度慢、加固效果不理想的缺点，同时又可以降低单一使用造成的时间和成本的高投入。但是此类型方案实施具有如下缺陷：

1、多需要大型中试场地，室内模型试验囿于试验装置的局限性而无法有效开展。目前通用的只能模拟某一种方法比如单纯电渗固结或者单纯真空预压方法，且考虑到此类方法尚处于经验积累及摸索阶段，模型试验装置设计较为简单，特别对于电渗加固试验的模型装置多需要后期自行进行定位排布及其他辅助手段等，如此根本无法开展有效实用的室内模型试验验证。

2、由于联合多种手段进行软黏土地基固化排水处理尚处于摸索阶段，很多情况下方案设计和施工均只能依据技术人员的经验，对作用机理和性状缺乏可靠的设计计算数据支持。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于弥补现有技术的空白，而提供一种多功能软土电渗固化排水装置，该装置可对沿海高压缩性、高孔隙比、渗透系数低的软土进行室内综合电渗、真空预压及堆载等多种试验方法的综合组合利用。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：一种多功能软土电渗固化排水装置，其特征在于：包括可视模型箱、抽滤瓶和外部配置的输入电源和稳压电流表；所述可视模型箱内部分为用于装载试验土体的主槽和用于收集试验排水的辅槽，主槽与辅槽之间安装带有孔隙的排水底板，主槽内部垂直方向安装有可拆卸隔板，主槽两侧壁上分别安装有两个凹型滑道，两侧滑道之间安装凹型滑槽，滑槽上安装有凸型滑块，辅槽的两侧壁上安装排水阀门，该排水阀门通过硅胶软管与抽滤瓶连通，抽滤瓶通过硅胶软管与外置负压抽气泵连通，辅槽内部安装有一固定玻璃板，将辅槽隔绝为两个集水空间且每个集水空间底部制有排水口。

上述可视模型箱置于加载台上且其外部安装固结加载装置；所述固结加载装置包括加载顶盖、联动杆、测量杆、沉降测量表和平衡砝码，加载顶盖置于可视模型箱顶部，并通过顶部加载螺栓与联动杆连接，测量杆固接在加载台上，沉降测量表安装在测量杆的横杆上，平衡砝码安装在加载台上。

上述可视模型箱置于底座上且其外部安装辅助动力堆载装置；所述辅助动力堆载装置包括夯架、吊具电磁式自动脱锤装置，夯架由支撑架、轨道、横动梁和转动手柄组成，吊具安置在横动梁上，横动梁两侧分别垂直连接支撑架，其中一侧支撑架上部安装轨道，另一侧支撑架上安装可使横动梁沿着轨道转动的转动手柄。

上述凸型滑块由两个长方体平行相对放置组成，两个长方体中间镂空且镂空的宽度在3-10mm之间。

上述可视模型箱的底部四角分别安装有可调节支座。

上述带有孔隙的排水底板的孔隙尺寸按照每5cm*5cm面积即分布有1直径0.5cm的孔隙设计。

上述可视模型箱的长、宽、高处分别标注有刻度单位，精度为 0.5cm。

本实用新型具有如下的优点和积极效果；

1、本实用新型可视模型箱的四壁均为绝缘透明有机玻璃,提供了实时观测的有利条件。除了土体内部的特征值的变化需要借助于埋设的仪器进行观测外,在紧贴模型槽侧壁处可以布设特征观测点, 用来观测土体沉降量的变化、土体裂缝的变化以及水分的迁移规律等。

2、本实用新型可以同时进行不同电极材料电渗效果的比较试验，或者同时进行两种电极排布形式的试验，节省试验时间，更加直观的对比分析试验结果。

3、本实用新型利用滑槽进行电渗试验时可以做到对电极材料排布及安装进行精准定位，同时可以按照设计方案自由移动排布电极材料位置，整个试验装置可以多次循环利用进行多方案试验，而非单次方案试验，节省材料。

4、本实用新型可以联合应用排水收纳装置和外接数据采集检测系统完成对于土样电渗固结过程中的各项颗粒参数和排出溶液参数进行收集处理吧，便于后期分析，主要有土壤溶液PH值、电阻值、电流值、电压值、沉降深度、排出水容积、孔隙水压力、堆载预压值等多数据。

5、本实用新型主要适合高压缩性、高含水率、高孔隙比的各类软土、淤泥质土及疏浚土，针对上述土样特点可以进行多工况模拟，不仅可以满足上述土样适用的不同电极布置形式的电渗模型槽，也可适用于不同直径的电极材料布置，实用性强。

6、本实用新型联合采用辅助动力堆载装置可以进行基础阶段动力排水固结试验测试，辅助动力堆载装置易于拆除，可多次重复利用。

7、本实用新型外设固结试验装置配合使用可以同时做到土体电渗固结并同期测量土样电渗固化过程中的各类参数，如沉降值、孔隙水压力、排出水体积、电压和电流等。而此前同类试验需要分步骤完成，电渗过程以及固结过程参数无法同步测量，容易造成数据误差。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型滑槽及凸型滑块示意图；

图3是本实用新型配合固接加载装置的示意图；

图4是本实用新型配合辅助动力堆载装置的示意图。

图中：1、可视模型有机玻璃箱；2、主槽；3、辅槽；4、可调控支座；5、可拆卸有机玻璃板(可替换开孔和不开孔)；6、凹型滑槽； 7、凸型滑块；8、主槽辅槽之间的排水底板；9、排水口；10、排水阀门；11、三通阀门；12、硅胶软管；13、硅胶塞；14、抽滤瓶；15、外置负压抽气泵；16、外部配置输入电源；17、稳压电流表(或万用表)；18、联动杆；19、顶部加载螺栓；20、加载顶盖；21、测量竖杆；22、沉降测量表(如千分表)；23、加载台；24、联动杆下端底部加载杆；25、平衡砝码；26、砝码托盘；27、支撑架；28、轨道； 29、横梁；30、吊具；31、自动脱锤装置；32、夯锤；33、定位杆； 34转动手柄；35、底座。

具体实施方式

结合附图说明具体实施方式如下：

如图1所示，本实用新型所述的多功能电渗箱型容器由可视模型有机玻璃箱1、可调控支座4、可拆卸有机玻璃板5间隔、凹型滑槽 6、凸型滑块7、主槽和辅槽之间的排水底板8、抽气排水设施11-15、外部配置输入电源16以及稳压电流表(或万用表)17组成。其中，可视模型有机玻璃箱1由两个槽组成，主槽2(40*80*40cm)用来装载试验土体，辅槽3(40*80*8cm)用来收集试验排出来的水，主槽2 与辅槽3之间用一个带有(每5*5cm有一直径0.5cm的)孔隙的排水底板8间隔。

主槽2居中部分垂直安装有一(40*40*0.5cm)可拆卸有机玻璃板5，主槽两侧壁上分别安装有两个(40*5*2.5cm)滑道，两侧滑道之间安装凹型滑槽6，滑槽上安装有凸型滑块7。所述凸型滑块由两个长方体组成，尺寸分别为4cm*4cm*2cm和4cm*3cm*0.5cm.凸型滑块可以放置在凹形滑槽中滑动。凸形滑块的中间镂空且中间镂空的宽度保持3mm-10mm，所设宽度使得不同直径的电极材料可以自由插入，满足了进行不同直径的电极材料试验的要求。由于模型箱上已有刻度，所以根据已经设定好的电极布置形式移动滑块就可以精准定位且方便找到电极位置，节省试验准备时间，便于记录。

辅槽3的宽边两侧分别安装排水阀门10，辅槽中央有一不可移动且无孔隙的玻璃板(8cm*40cm*0.5cm)将辅槽隔绝出两处集水空间，两处集水空间底部制有便于集水的排水口9。所述抽滤瓶14选三角形抽滤瓶用来收集所需分析的排出液，其顶部设置开口，用硅胶塞封闭，硅胶塞上有两处开口(开口直径9.5mm)，开口处上插10mm 硅胶软管，一处硅胶软管通过三通阀门11与排水阀门10连接，三通阀门11用来自由控制加压活塞和抽滤瓶之间土壤电渗过程排出液收集过程中压力的阻断与联通，另一侧硅胶软管连接外置负压抽气泵 15，该硅胶软管上安装的双通阀门用来自由控制负压抽气泵和抽滤瓶之间的阻断与联通,从而调节排水速度。

所述可拆卸有机玻璃板5分为开孔及不开孔两种格式，主要作用于根据试验方案将模型槽从不同区域划分成若干部分从而可以同时进行多组试验，基本上两组观测效果为佳。使用开孔玻璃板可以配合固定有机玻璃板做单侧横向排水固化效果测试试验。

所述可视模型有机玻璃箱的长、宽、高处分别标注有刻度单位，精度为0.5cm，可以直观读数记录。

所述可调控支座是连接在所述可视模型有机玻璃箱底部的四角，能够调节高度便于辅槽内的水排净或者在试验装置下方安装不同量测仪器，同时所述可调节支座可以减少模型箱的磨损、缓冲搬运模型箱等状况使模型箱受损。

此电渗槽的设置可以进行电极材料和电极排布方式的对比试验。可以用直径相同的不同电极材料或不同的组合电极材料在同一电渗箱隔离土体的有机玻璃板空间进行对比试验。可以用不同尺寸的同种电极进行对比试验。可以通过左右移动凹型滑槽6和凸型滑块7进行电极棒的安置固定，从而进行电极棒排布方式(包括阴阳极之间的距离及各种不同排布形状如长方形、梅花形的形状)的对比。此外可以通过电流表或电压表17的读数确定能耗系数的大小，通过排水的测量装置11-15可测量排水量。从而找出比较合适的电渗加固软土的方式。另可通过对黏土电渗前后的物理性质(如含水量，含盐量，ph值，表观密度)进行分析及所含离子的化学性质进行测量分析，改变电压电流大小观察及分析电渗效果。

本装置可通过以上的试验对电渗加固软土方式进行分析，从而探究得到较为合适的电极材料及尺寸，以及排布方式，为实际工程地基的处理提供一定的理论基础支撑。

除此以外，本装置亦可配合固结加载装置以及辅助动力配合装置进行联合电渗-堆载以及电渗-固结试验。具体操作过程如下：

1、联合电渗-固结试验

(1)安装电极。将电极分别按照预先设计位置插入相应的滑块 7及凹型滑槽6，确保电渗容器内阴阳极固定且底部排水孔和联动杆 18、加载螺栓19以及加载顶盖20装配良好。

(2)填入土样，安装好测量设备。在填入土样过程中根据需要将土压力盒及孔压传感器等(均需另配)填埋在合适的位置，待土样表面达到规定高度，依次安放加载顶盖20，调整联动杆18和加载螺栓20，根据需要插入测针，确保测针另一端和孔压显示器连接完好。底部排水检测设置安放步骤同前。

(3)调整联动杠杆18，固定千分表22。调整千分表横杆位置，千分表22归零，按照固结试验步骤调整下部联动杆下端底部加载杆 24和平衡砝码25，确保上部土样、千分表以及下部砝码联动三位一体，彼此接触完好，无虚接。调整千分表读数，使之归零。

(4)用电线将阴阳极和电源16、万用表17等连接完好。

(5)加载砝码到加载盘26，接通电路，开始试验。

利用本套设计可以完成电渗-固结加载试验。

2、联合电渗-动力堆载或电渗-动力排水固结试验

(1)安装电极。将电极分别按照预先设计位置插入相应的滑块 7及凹型滑槽6，确保电渗容器内阴阳极固定且底部排水孔畅通。

(2)动力装置由夯架、吊具(电葫芦)30、电磁式自动脱锤装置 31和定位杆33部分组成(图3)。夯架由支撑架27、轨道28、横动梁29和转动手柄34组成。吊具30安置在横梁上，转手柄34可使横梁29沿着轨道28转动,横梁29上的吊具30可沿着横梁作水平运动,两者联合作用可实现重物堆载或换上夯锤32即可实现动力夯击，从而实现电渗-动力堆载试验或者电渗-动力排水固结试验。