用于加固软黏土地基的电渗固结试验装置及方法
【专利摘要】一种用于加固软黏土地基的电渗固结试验装置及方法，包括外部可视化主体，在所述的外部可视化主体内设有用于测量土体电压、电流的测量电极和电势测针，且外部可视化主体的底部设有排水通道，在外部可视化主体的外侧设有实时图像收集系统；所述测量电极由电源供电，且在其相连的回路上连接有电压表、电流表。本发明对电导率、土压力、沉降量、排水量、电压及电流进行全方位综合测量，借助计算机自动处理数据，对不同因素下的电渗效果进行直观对比，与前人装置相比，更具实用性、综合性。
【专利说明】
用于加固软黏土地基的电渗固结试验装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于加固细颗粒、低渗透性软黏土地基的多功能电渗固结试验新型装置与操作方法。
【背景技术】
[0002]软黏土广泛分布于我国的东部沿海因其独特的高含水率、高压缩性、低强度等性质，给工程施工带来了不便，因此在施工前要对这种土质的地基进行处理。在诸多的地基处理方法中，电渗法作为一种比较新兴有效的方法，在工程中得到了应用。电渗法是一种利用电能对地基进行加固的地基处理方法，具有加固速度快，对细颗粒、低渗透性土有良好的加固效果等优点。目前对电渗法的研究是以室内试验研究为主，而现场应用却不多见。针对具有细颗粒、高塑性、低渗透等特性的软黏土地基，采用常规排水固结法初期效果比较显著，但后期加固效果明显下降，表现为后期沉降缓慢，加固后的强度值较小。电渗加固效果对土颗粒大小并不敏感，而且随着经济的发展和技术水平的提高，电渗法很可能成为此类土的一种高效且造价可以承受的地基加固方法。以往的实验装置较为简单，功能也较为单一，不能实现全方位因素测量与对比的综合效果，缺乏高效性、准确性及实用性。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于设计一种用于加固细颗粒、低渗透性软黏土地基的多功能电渗固结试验新型装置与操作方法，提供一种结构简单、操作简便、价格低廉、可视化装置。
[0004]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0005]—种用于加固细颗粒、低渗透性软黏土地基的多功能电渗固结试验装置，包括外部可视化主体，在所述的外部可视化主体内设有用于测量土体电压、电流的测量电极和电势测针，且外部可视化主体的底部设有排水通道，在外部可视化主体的外侧设有实时图像收集系统;所述测量电极由电源供电，且在其相连的回路上连接有电压表、电流表。
[0006]进一步的，所述的外部可视化主体由六面钢化玻璃组成，在钢化玻璃上标有刻度，可直观观察并比较土体沉降量。
[0007]进一步的，所述的测量电极采用表面开有细缝的铁或铝金属管。
[0008]进一步的，所述的排水通道包括排水管和排水孔，所述的排水孔设置在测量电极阴极端对应的外部可视化主体底部，且所述的排水孔外接排水管，排水管排出的水从玻璃桶底部引到烧瓶中，倒入量筒中读数。
[0009]进一步的，还包括一个百分表，所述的百分表固定在夹持架上，将夹持架上带有的测杆顶住土体表面，使测杆与测面保持垂直，百分表测量土体表面平均沉降的变化。
[0010]进一步的，还包括一个电导率监测装置，电导率监测装置插装在土体内测量试验过程中土体电导率的变化。
[0011]进一步的，还包括一个压力传感器，压力传感器布置在土体内部，用来测量土压的变化
[0012]进一步的，所述的测量电极由土工布包裹后竖直放置于外部可视化主体的土体中。
[0013]进一步的，所述的供电系统为直流电源。
[0014]进一步的，所述的实时图像收集系统通过在可视化土样室中加入有色溶剂，同时借助高清摄像机，定时进行拍摄，直观形象地进行观测，记录下整个电渗固结过程中的溶质运移情况。
[0015]进一步的，所述的电导率监测装置、压力传感器与数据处理装置相连，同时通过键盘将电压表、电流表、百分表采集的数据储到数据处理装置中，数据处理装置对各个数据进行分析和处理。
[0016]在本发明中，百分表表测量试验过程中土体表面平均沉降的变化，土体排出的水由底部的排水管从玻璃桶底部引到烧瓶中，然后倒入量筒中进行读数，电压表测量试验中阴、阳极电势大小，电流表用来测量土体的瞬时电流。
[0017]应用上述装置实现加固细颗粒、低渗透性软黏土地基，包括以下步骤:
[0018](I)将原位所取土样烘干、磨碎、筛分；
[0019](2)设计多组对照试验，分别设计不同含水率的土样，并针对每种含水率设置多个相同的土体，依次向处理好的干燥土样粉末中加入相应水量调匀，并加入同种等量的有色溶剂，密闭静置；
[0020](3)在外部可视化主体中加入步骤(2)中得到的土样，然后在同种含水率的土体中依次插入不同数量和不同材质电极，保证不同含水率的土体可以进行电极数量、材料的对比；将电极通过电线与电源相连，调节电源保持一定的输出电压，将电导率监测装置、压力传感器均匀布置在土体中；
[0021](4)将烧瓶置于玻璃桶底部排水口处，每隔一定时间将烧瓶中的水倒入量筒中进行读数记录；
[0022](5)将计算机、显示器通过导线与测量系统建立连接；
[0023](6)每隔一定时间利用百分表与测针测量试验过程中土体表面平均沉降的变化；
[0024](7)每隔一定时间利用电流表测量土体内的瞬时电流；
[0025](8)每隔一定时间利用电导率监测装置、压力传感器测量电导率和土压。
[0026](9)设定高清摄像机的定时拍摄功能，记录下整个试验过程中的溶质运移情况。
[0027](10)重复上述步骤直至土体排水量或是沉降不再发生变化；
[0028](11)测试土体表面不同位置的最终沉降、土体的最终含水率及抗剪强度等；
[0029 ] (12)整理数据，绘制表格并分析试验结果。
[0030]应用上述装置实现加固细颗粒、低渗透性软黏土地基并对比加固效果，本发明与以往的测量方法相比具有以下优点:
[0031]I)带刻度的钢化玻璃土样室实现了试验全过程的可视化，可清晰观察电渗加固过程中低渗软黏土体固结的效果和速率；
[0032]2)就具体地基渗透性和颗粒级配情况，具体进行电渗效果试验，对比结果选择最为有效的方式，具有加固速度快，对细颗粒、低渗透性土有良好加固效果的优点。
[0033]3)对电导率、土压力、沉降量、排水量、电压及电流进行全方位综合测量，借助计算机自动处理数据，对不同因素下的电渗效果进行直观对比，与前人装置相比，更具实用性、综合性。
[0034]4)可以实现实时图像收集和记录，更形象地掌握整个电渗固结过程中的溶质运移情况。
[0035]5)本装置操作简便，价格低廉，可重复利用。
【附图说明】
[0036]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1是本发明结构示意图；
[0038I图2是四电极电渗结构示意图；
[0039 ]图3是本发明试验装置布局图。
[0040]图中1.外部可视化主体系统;2.钢化玻璃土样室；3-1.测量电极阳极A，3-2测量电极阴极B; 5.排水通道;6.土样;7.电压表;8.电流表;9.电势测针；10.电源供电系统；11.电导率监测传感器;12.压力传感器;13.高清摄像机;14.计算机及显示器。
【具体实施方式】
[0041 ]下面结合附图和实例对本发明进一步说明。
[0042]如图1、2所示，加固细颗粒、低渗透性软黏土地基的多功能电渗固结试验新型装置，包括一个外部可视化主体系统I，外部可视化主体系统由钢化玻璃土样室2组成，六面均安装可视化钢化玻璃，可直观观察并比较土体沉降量;并插有测量电极阳极A3-1和测量电极阴极B3-2，测量电极采用直径2cm、表面开有细缝的铁或铝金属管，电极由土工布包裹后竖直放置于桶内土体中；测量电极阴极B对应的外部可视化主体系统I底部设有排水通道5，全方位综合测量系统由百分表、量筒、电压表7、电流表8及电势测针9、电导率监测传感器11;压力传感器12、高清摄像机13组成，直流电源作为电源供电系统10。
[0043]可视化主体系统由六面钢化玻璃组成，玻璃土样室尺寸为50cm X 40cm X 30cm，玻璃上标有刻度，可直观观察并比较土体沉降量；带刻度的钢化玻璃土样室实现了试验全过程的可视化，可清晰观察电渗加固过程中低渗软黏土体固结的效果和速率；
[0044]测量电极为可更换电极，采用直径2cm、表面开有细缝的铁或铝金属管，电极数量可调节，电极材料可更替，具体依据不同颗粒和渗透性软黏土地基进行选择。
[0045]测量电极由耐腐蚀、透水性好的土工布包裹后竖直放置于原位土样6中。
[0046]用排水通道5包括排水管和排水孔两部分，排水孔5为直径2cm的圆形小孔，与玻璃土样室2构成一体化系统，排水孔外接排水管，为直径略大于2cm的柔软橡胶管;排水管排出的水从玻璃桶底部引到烧瓶中，倒入量筒中读数。
[0047]全方位综合测量系统由百分表、量筒、电压表7、电流表8及电势测针9、电导率监测传感器11;压力传感器12、高清摄像机13组成，百分表固定在夹持架上，将夹持架上带有的测杆顶住土体表面，使测杆与测面保持垂直，百分表测量土体表面平均沉降的变化。
[0048]电导率监测传感器11插装在土体内测量试验过程中土体电导率的变化。
[0049]压力传感器12布置在土体内部，用来测量土压的变化
[0050]高清摄像机13通过在可视化土样室中加入有色溶剂，同时借助高清摄像机，定时进行拍摄，直观形象地进行观测，记录下整个电渗固结过程中的溶质运移情况。
[0051]电导率监测传感器11、压力传感器12与计算机及显示器14相连，同时通过键盘将电压表、电流表、百分表采集的数据储到计算机及显示器14中，计算机及显示器14对各个数据进行分析和处理。
[0052]电压表7测量试验中阴级3B、阳极3A电势大小，电流表8用来测量土体的瞬时电流；
[0053]电源供电系统1为供电系统为直流电源，具体可采用固玮SPD-3606直流稳压电源，电源轻薄短小，携带方便，具串联或并联操作模式。
[0054]应用上述装置实现加固细颗粒、低渗透性软黏土地基，包括以下步骤:
[0055](I)将原位所取土样6烘干、磨碎、筛分；
[0056](2)设计多组对照试验，分别设计不同含水率的土样，并针对每种含水率设置多个相同的土体，依次向处理好的干燥土样粉末中加入相应水量调匀，并加入同种等量的有色溶剂，密闭静置；
[0057 ] (3)在外部可视化主体中加入步骤(2)中得到的土样，然后在同种含水率的土体中依次插入不同数量和不同材质电极，保证不同含水率的土体可以进行电极数量、材料的对比；将电极通过电线与电源相连，调节电源保持一定的输出电压，将电导率监测装置、压力传感器均匀布置在土体中；
[0058](4)将烧瓶置于玻璃桶底部排水口处，每隔一小时将烧瓶中的水倒入量筒中进行读数记录；
[0059](5)将计算机、显示器通过导线与测量系统建立连接；
[0060](6)每隔一定时间利用百分表与测针测量试验过程中土体表面平均沉降的变化；[0061 ] (7)每隔一定时间利用电流表测量土体内的瞬时电流；
[0062](8)每隔一定时间利用电导率监测装置、压力传感器测量电导率和土压。
[0063](9)设定高清摄像机的定时拍摄功能，记录下整个试验过程中的溶质运移情况。
[0064](10)重复上述步骤直至土体排水量或是沉降不再发生变化；
[0065](11)测试土体表面不同位置的最终沉降、土体的最终含水率及抗剪强度等；
[0066](12)整理数据，绘制表格并分析试验结果。
[0067]上述的一定时间是任一间隔的时间，可以是一个小时，或者几十分钟，根据试验自行调整即可。
[0068]上述的三组实验中，可以做完一组实验后，将土样倒掉，然后加入另一组土样，进行下一组实验;也可以采用三套装置，同时进行三组实验;根据实验条件，可以自主选择。
[0069]上述方法可以就具体地基渗透性和颗粒级配情况，具体进行电渗效果试验，对比结果选择最为有效的方式，具有加固速度快，对细颗粒、低渗透性土有良好加固效果的优点。
[0070]本发明可以对沉降量、排水量、电压及电流进行全方位综合测量，对不同因素下的电渗效果进行直观对比，与现有装置相比，更具实用性、综合性，优势明显。
[0071]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.一种用于加固软黏土地基的电渗固结试验装置，其特征在于，包括外部可视化主体，在所述的外部可视化主体内设有用于测量土体电压、电流的测量电极和电势测针，且外部可视化主体的底部设有排水通道，在外部可视化主体的外侧设有实时图像收集系统;所述测量电极由电源供电，且在其相连的回路上连接有电压表、电流表。2.如权利要求1所述的电渗固结试验装置，其特征在于，所述的外部可视化主体由六面钢化玻璃组成，在钢化玻璃上标有刻度，直观观察并比较土体沉降量。3.如权利要求1所述的电渗固结试验装置，其特征在于，所述的测量电极采用表面开有细缝的铁或铝金属管。4.如权利要求1所述的电渗固结试验装置，其特征在于，所述的测量电极包括阳极和阴极，所述阳极和阴极分别位于外部可视化主体相对的两端。5.如权利要求4所述的电渗固结试验装置，其特征在于，所述的排水通道包括排水管和排水孔，所述的排水孔设置在测量电极阴极端对应的外部可视化主体底部，且所述的排水孔外接排水管，排水管排出的水从玻璃桶底部引到烧瓶中，倒入量筒中读数。6.如权利要求5所述的电渗固结试验装置，其特征在于，还包括一个百分表，所述的百分表固定在夹持架上，将夹持架上带有的测杆顶住土体表面，使测杆与测面保持垂直，百分表测量土体表面平均沉降的变化。7.如权利要求6所述的电渗固结试验装置，其特征在于，还包括一个电导率监测装置，电导率监测装置插装在土体内测量试验过程中土体电导率的变化。8.如权利要求7所述的电渗固结试验装置，其特征在于，还包括一个压力传感器，压力传感器布置在土体内部，用来测量土压的变化。9.如权利要求8所述的电渗固结试验装置，其特征在于，所述的电导率监测装置、压力传感器与数据处理装置相连，同时通过键盘将电压表、电流表、百分表采集的数据储到数据处理装置中，数据处理装置对各个数据进行分析和处理。10.应用利要求9所述的装置实现加固细颗粒、低渗透性软黏土地基测量的方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将原位所取土样烘干、磨碎、筛分； (2)设计多组对照试验;分别设计不同含水率的土样，并针对每种含水率设置多个相同的土体，依次向处理好的干燥土样粉末中加入相应水量调匀，并加入同种等量的有色溶剂，密闭静置； (3)在外部可视化主体中加入步骤(2)中得到的土样，然后在同种含水率的土体中依次插入不同数量和不同材质电极，将电极与电源相连，调节电源保持一定的输出电压，将电导率监测装置、压力传感器均匀布置在土体中； (4)将烧瓶置于玻璃桶底部排水口处，每隔一定时间将烧瓶中的水倒入量筒中进行读数记录； (5)将数据处理装置通过导线与导率监测装置、压力传感器建立连接； (6)每隔一定时间利用百分表与测针测量试验过程中土体表面平均沉降的变化； (7)每隔一定时间利用电流表测量土体内的瞬时电流； (8)每隔一定时间利用电导率监测装置、压力传感器测量电导率和土压； (9)设定实时图像收集系统的定时拍摄功能，记录下整个试验过程中的溶质运移情况；(10)重复上述步骤直至土体排水量或是沉降不再发生变化；(11)测试土体表面不同位置的最终沉降、土体的最终含水率及抗剪强度等；(12)整理数据，绘制表格并分析试验结果。
【文档编号】E02D3/11GK105866382SQ201610231646
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】马秀媛, 王欣桐, 李术才, 刘金
【申请人】山东大学