多功能真空预压固结实验装置以及密闭式真空预压实验的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种岩土工程试验仪器制造技术领域的多功能真空预压固结实验装置。本发明还提供了采用上述多功能真空预压固结实验装置进行密闭式真空预压实验的方法。
【背景技术】
[0002]随着我国沿海产业带的开发建设，土地需求数量持续增加，通过人工吹填海涂淤泥进行围海造地是解决土地资源紧缺最为有效的方法。吹填土地基是典型的超软土地基，它具有超高含水率呈流动状、高压缩性、高孔隙比、结构性极差、强度和承载力极低等不利的工程特性，必须对其进行加固处理，才能满足相应的房屋建筑、道路交通及厂房用地等后续工程建设的需要。目前，已产生了无砂垫层技术、直排式真空预压技术、长短板联合真空预压技术、密闭直抽分段式等工法，为真空预压技术的大规模工程应用奠定了基础。增压式真空预压技术方面有专利I (CN201272966)和专利2 (CN101418566)中金亚伟等提出增压真空预压固结处理软土地基/尾矿渣/湖泊淤泥装置和增压真空预压固结处理软土地基/尾矿渣/湖泊淤泥的方法，即塑料排水板间设置增压滤管。当常规真空预压固结度达40%后，增压滤管通过增压泵压缩空气开始向土体输送气压。土体中心正气压增加(压力增至20 kPa)，土体中心与排水板压力差增加，使真空预压的加固效果得到明显改善。然而，目前尚未见到相关专利对此进行室内实验设计，本试验装置考虑到排水板变形对真空预压加固效果的影响，故采用支架卡槽固定排水板形状进行真空预压试验，同时又可以满足密闭式真空预压验、增压式真空预压、正负压循环式真空预压、堆载预压等室内实验需求。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种多功能真空预压固结实验装置，该实验装置结构简单、操作方便、可视性强且可适用于多种真空预压试验研究。本发明所要解决的技术问题还包括提供一种采用上述多功能真空预压固结实验装置进行密闭式真空预压实验的方法。
[0004]为达到上述发明目的，解决现有技术问题，本发明采用以下技术方案:
多功能真空预压固结实验装置，包括真空预压固结腔室，真空预压固结腔室由刚性透明套筒、顶板和底座构成，所述刚性透明套筒包括上套筒、中上套筒、中下套筒和下套筒，上套筒上端嵌入到顶板的顶板套筒槽中，下套筒的下端嵌入到底座的底座套筒槽中，所述上套筒、中上套筒、中下套筒、下套筒之间通过套筒端部设置有的成对设置的凸起和凹槽进行卡合对接，所述顶板、上套筒、中上套筒、中下套筒、下套筒和底座依次对接之处还设置有密封装置，所述顶板和底座的直径大于所述预压固结腔室的直径，所述顶板和底座向外突出于预压固结腔室外的外沿采用轴向夹紧构件夹紧；顶板上开设有真空抽气孔、大气通气孔、气压测量孔、增压孔和沉降测量孔，所述气压测量孔与真空表连接，所述真空抽气孔通过阀门与真空泵相连，所述竖向位移孔与顶板轴向滑动密封配合，所述增压孔通过阀门与增压泵连接；所述真空预压固结腔室内竖向架设有塑料排水带，塑料排水带通过管道与外部的收集系统连接，所述真空预压固结腔室内配置有用于覆盖实验土体上表面的高强预压膜和用于测量实验土体沉降位移的沉降位移测量系统，沉降位移测量系统包括位移测量装置和竖向位移刻度尺，竖向位移刻度尺竖向架设于所述真空预压固结腔室内，所述位移测量装置包括相互固定的圆形盘和垂直于圆形盘的竖向杆，竖向杆上横向设置有与竖向杆垂直的水平伸臂，所述位移测量装置穿过顶板上开设的沉降位移测量孔，位移测量装置上的圆形盘处于高强预压膜上表面，所述水平伸臂构件旋转至与竖向位移刻度尺接触的位置。
[0005]本发明还提供了采用上述多功能真空预压固结实验装置进行密闭式真空预压实验的第一种方法，包括以下步骤:
1)打开顶板，将下端排水带固定架放于下套筒卡销下部，并且让排水带固定架的卡槽对准卡销，防止排水带固定架沿卡销转动，将塑料排水带下端固定在下端排水带固定架上，同样的方法将上端排水带固定架放置在上套筒卡销上端，将排水带上端固定在上端排水带固定架上，留出多余的排水带长度，将单手板接头与排水带顶端相连，装入土样，直至真空预压固结腔室的9/10，保证单手板接头全部埋入土中；
2)铺好高强预压膜，在仪器内部留出足够的冗余长度，将高强预压膜上的气压测量接口通过管路与顶板的气压测量孔相连，气压测量孔连接真空表。高强预压膜的排水孔通过管路与真空抽气孔相连，真空抽气孔通过管路与三通接口相连，三通接口的一个分支管路通过阀门与锥形瓶相连，锥形瓶瓶塞上一孔与真空表相连，另一孔与真空泵相连，三通接口另一个分支管路通过阀门与增压泵相连；
3)将位移测量装置穿过顶板上开设的沉降位移测量孔，位移测量装置上小的圆形钢板与高强预压膜上表面接触，将水平伸臂构件旋转至与竖向位移刻度尺9接触的位置；
4)将顶板与底座通过轴向夹紧构件进行夹紧固定；
5)顶板上增压空通过阀门与稳压器相连，稳压器通过阀门与微型计算机相连，稳压器进口与增压泵相连；
6)保持大气通气孔敞开，关闭三通接口与增压泵相连的分支管路阀门，打开与真空泵相连的分支管路阀门，开启真空泵进行真空预压固结试验。真空压力控制在85kPa左右。
[0006]本发明还提供了采用上述多功能真空预压固结实验装置进行密闭式真空预压实验的第二种方法，包括以下步骤:
1)打开顶板，将下端排水带固定架放于下套筒卡销下部，并且让排水带固定架的卡槽对准卡销，防止排水带固定架沿卡销转动，将塑料排水带下端固定在下端排水带固定架上，同样的方法将上端排水带固定架放置在上套筒卡销上端，将排水带上端固定在上端排水带固定架上，留出多余的排水带长度，将单手板接头与排水带顶端相连，装入土样，直至真空预压固结腔室的9/10，保证单手板接头全部埋入土中；
2)打设一根增压滤管，所述的增压滤管由螺旋形弹性支撑架和滤布组成，增压滤管前端上旋接有锥形封头，最末节增压滤管后端旋接有法兰，细软管的一端与法兰相连，穿过气压测量孔与气压控制器相连，气压控制器的一侧与增压泵相连，通过气压控制器可以控制实验所需的气压大小，此时应打开气压控制器与法兰相连的阀门，注意应在真空预压后期土体沉降基本稳定后开启增压系统；然后铺好高强预压膜，在仪器内部留出足够的冗余长度，将高强预压膜上的气压测量接口通过管路与顶板的气压测量孔相连，气压测量孔连接真空表；高强预压膜的排水孔通过管路与真空抽气孔相连，真空抽气孔7通过管路与三通接口相连，三通接口的一个分支管路通过阀门与锥形瓶相连，锥形瓶瓶塞上一孔与真空表相连，另一孔与真空泵相连，三通接口另一个分支管路通过阀门与增压泵相连；
3)将位移测量装置穿过顶板上开设的沉降位移测量孔，位移测量装置上小的圆形钢板与高强预压膜上表面接触，将水平伸臂构件旋转至与竖向位移刻度尺接触的位置；
4)将顶板与底座通过轴向夹紧构件进行夹紧固定；
5)顶板上增压空通过阀门与稳压器相连，稳压器通过阀门与微型计算机相连，稳压器进口与增压泵相连；
6)保持大气通气孔敞开，关闭三通接口与增压泵相连的分支管路阀门，打开与真空泵相连的分支管路阀门，开启真空泵进行真空预压固结试验；真空压力控制在85kPa左右。
[0007]本发明还提供了采用上述多功能真空预压固结实验装置进行密闭式真空预压实验的第三种方法，包括以下步骤:
1)打开顶板，将下端排水带固定架放于下套筒卡销下部，并且让排水带固定架的卡槽对准卡销，防止排水带固定架沿卡销转动，将塑料排水带下端固定在下端排水带固定架上，同样的方法将上端排水带固定架放置在上套筒卡销上端，将排水带上端固定在上端排水带固定架上，留出多余的排水带长度，将单手板接头与排水带顶端相连，装入土样，直至真空预压固结腔室的9/10，保证单手板接头全部埋入土中；
2)铺好高强预压膜，在仪器内部留出足够的冗余长度，将高强预压膜上的气压测量接口通过管路与顶板的气压测量孔相连，气压测量孔连接真空表。高强预压膜的排水孔通过管路与真空抽气孔相连，真空抽气孔通过管路与三通接口相连，三通接口的一个分支管路通过阀门与锥形瓶相连，锥形瓶瓶塞上一孔与真空表相连，另一孔与真空泵相连，三通接口另一个分支管路通过阀门与增压泵相连；
3)将位移测量装置穿过顶板上开设的沉降位移测量孔，位移测量装置上小的圆形钢板与高强预压膜上表面接触，将水平伸臂构件旋转至与竖向位移刻度尺接触的位置；
4)将顶板与底座通过轴向夹紧构件进行夹紧固定；
5)顶板上增压空通过阀门与稳压器相连，稳压器通过阀门与微型计算机相连，稳压器进口与增压泵相连；
6)用密封螺栓堵住大气通气孔，保持大气通气孔密封，关闭三通接口与增压泵相连的分支管路阀门，打开三通接口与锥形瓶相连的分支管路阀门，打开与真空泵相连的分支管路阀门，开启真空泵进行真空预压前期固结试验；待土体固结度达到40%后，关闭与真空泵相连的分支管路阀门，且关闭真空泵，同时开启与增压泵相连的分支管路阀门，打开增压泵，将气压控制在20MPa左右，进行正压式真空预压，以冲开排水带表面的泥皮，缓解排水带的淤堵和涂抹效应。一段时间后，关闭与增压泵相连的分支管路阀门，关闭增压泵，随即打开与真空泵相连的分支管路阀门，且打开真空泵，将真空压力控制在85kPa左右，进行反压式真空预压，如此往复循环，直至土体固结度达到95%