专利名称：双向电渗固结仪的制作方法
技术领域：
双向电渗固结仪技术领域[0001]本实用新型涉及电渗领域，特别涉及一种双向电渗固结仪，通过监测设备可以得到试样中电势和孔压的实时分布情况，电流、出水量以及分层沉降值。
背景技术：
[0002]自1809年俄国学者Reuss首次发现电渗现象以来，电渗在理论和试验等方面都有了很大的进展。hrig，Wan和Mitchell等人发展了电渗的一维固结理论，Cassagrand则首次将电渗法应用在实际工程中。国内在20世纪50年代末期对电渗降水和地基加固进行了试验研究，并在实践方面也取得了良好的效果。[0003]近年来，世界范围内，沿海各种工业园区、人工岛(飞机场)、旅游胜地、填砂护滩以及海岸防护工程日益增多。国外典型工程有新加坡裕廊岛吹填工程，香港竹篙湾迪士尼公园填海工程，韩国釜山新集装箱码头吹填工程，日本关西、神户、中部等机场人工岛吹填工程，以及中东迪拜的人工岛巨大围海吹填工程也相当引人注目。在我国此类工程则有澳门国际机场(人工岛清淤抛填砂量0.61亿m3)、香港国际机场(疏浚土方量2.4亿m3)等，而且随着港口建设的飞速发展，其他的沿海地区利用港池和航道疏浚土吹填造陆工程如雨后春笋般地不断涌现。另外，沿海地区城市在如河流三角洲等软土地基上进行的基础建设施工也越来越多。这一类工程中，软粘土的处理成为一个难题。我国沿海地区的工程建设中， 地基中常含有大量软粘土，这类软粘土具有含水量高、孔隙比大、渗透性小的工程性质，对工程建设会造成很大的安全隐患，因此必须对这类地基进行排水固结处理。采用传统的排水固结法如堆载预压固结等方法，初期效果可能比较明显，但是后期效果不好，沉降缓慢。 另外还有尾矿、污泥等的处理也涉及到这种问题。土的水力渗透系数能够从砂土的10_4cm/s 变化到粘土的10_9cm/s。当土的水力渗透系数小于10_7m/s时，采用传统的排水法如预压堆载法等对地基进行处理会变得很困难。而土体的电渗透系数基本落在10_5 10_4cm2/v · s 的较窄范围内，这种低渗透率的土体就非常适合用电渗法进行处理。[0004]现有的电渗试验仪器一般将阴极布置在下方，在土样中形成从上到下的电渗流， 然后利用水的自重在仪器底部用量筒收集出水，也有仪器将阴极布置在中间而阳极分布在四周，形成从外向里的轴对称电渗模型。但这些仪器都只能进行单向的电渗试验，并且无法对土样的分层沉降进行观测。发明内容[0005]为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种双向电渗固结仪，可以对不同土体试样进行双向电渗试验，得到有效的电流、电势、孔压、出水量、分层沉降等数据，同时能对电渗过程中试样内各项参数的实时变化情况进行监测，对电渗效果进行定量分析，得到有益的结论，以指导实际工程中电渗技术的应用和推广。[0006]为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是[0007]双向电渗固结仪，包括一圆柱形试验主筒5，主筒5上部设置有与之相适配的套筒3，在主筒5上与套筒3的连接处开有第一 0型圈槽11用于放置0型圈，主筒5与套筒3通过第一螺丝孔10固定，套筒3的上方设置有套筒管口 6，在主筒5筒壁一侧的一条竖直线上的不同位置开有5个孔压量测孔15，插有5个张力计17，5个张力计17与信号端相连，在主筒5筒壁对称的另一侧的一条竖直线上开有6个小孔，中间四个小孔为电势测量孔16，电势测量孔16插有电势传感器18，电势传感器18与电势数据采集仪20信号端相连，最下面的小孔通过导线2接阴极板21至电流表27再连接至直流电源1，最上面的小孔则接阳极板 14再连接至直流电源1，孔压数据采集仪19与电势数据采集仪20与计算机观相连，主筒5 下部设置有与之相适配的底座25，主筒5与底座25在连接处分别开有第二 0型圈槽22和第三0型圈槽M用于放置0型圈，主筒5底部、垫片23及底座25通过第二螺丝孔沈固定连接在一起。[0008]所述的主筒5内放置有试样9，试样9的上面依次布置有阴极板14、滤纸13、透水石12，套筒管口 6通过胶皮管7与量筒8相连通，主筒5内试样9的下部依次布置有阳极板 21、滤纸13、透水石12，透水石下方放置不透水垫片23。[0009]所述的主筒5内放置有试样9，试样9的上面依次布置有阳极板21、滤纸13、透水石12，主筒5内试样9的下部依次布置有阴极板14、滤纸13、透水石12，透水石12下方放置可透水垫片四，底座25上的水平排水管30通过胶皮管7与洗气瓶31连接相通，洗气瓶的另外一根导管通过胶皮管与真空泵32连接。[0010]所述的透水石12、阳极板14、阴极板21、试样9均同轴布置，张力计17、电势传感器18插入后与试样9垂直，且随着试样9的沉降而向下移动。[0011]本实用新型具有以下功能[0012]1、能够对不同试样进行电渗试验，试验中能实时监测各项参数，主要包括电流、电势、孔压、出水量、分层沉降。对出水量、沉降的观测结果能对电渗效果进行定量评价，对电流的观测结果能对能耗进行定量评价，对电势和孔压的观测能对电渗的影响进行评价，得到有益的结果以更好的指导电渗在实际工程中的应用。[0013]2、电流通过串联的电流表测得，电势和孔压通过传感器和采集仪直接显示并储存在电脑上，整个量测系统自动化程度较高。[0014]3、可进行阴极在上和阴极在下的双向电渗试验，对于电极反转类试验具有较好的操作性。[0015]4、除了进行电渗固结试验，也可以对被污染试样进行电渗试验，观测并分析结果； 通过侧壁的小孔，可以在电渗结束后从土样中取得溶液样本进行化学分析，观察电渗对污染物运移的影响。
[0016]图1是本实用新型阴极在上的示意图；[0017]图2是本实用新型阴极在下的示意图；[0018]图3是底座25剖面图；[0019]图4是阳、阳极板示意图，图如为阳极板示意；图4a为阳极板示意；[0020]图5是不透水垫片23示意图。图6是可透水垫片四示意图。
具体实施方式
[0022]
以下结合附图对本实用新型做进一步说明。[0023]参照图1、图3、当进行阴极在上阳极在下的电渗固结试验时，所采用的双向电渗固结仪，包括一圆柱形试验主筒5，主筒5上部设置有与之相适配的套筒3，在主筒5上与套筒3的连接处开有第一 0型圈槽11用于放置0型圈，主筒5与套筒3通过第一螺丝孔10 固定，主筒5内试样9的上面依次布置有阴极板14、滤纸13、透水石12，套筒3的上方设置有套筒管口 6，套筒管口 6通过胶皮管7与量筒8相连通，在主筒5筒壁一侧的一条竖直线上的不同位置开有5个孔压量测孔15，插有5个张力计17，5个张力计17与信号端相连，在主筒5筒壁对称的另一侧的一条竖直线上开有6个小孔，中间四个小孔为电势测量孔16插有电势传感器18，电势传感器18与电势数据采集仪20信号端相连，最下面的小孔通过导线2接阴极板21至电流表27再连接至直流电源1，最上面的小孔则接阳极板14再连接至直流电源1，孔压数据采集仪19与电势数据采集仪20与计算机观相连，主筒5下部设置有与之相适配的底座25，主筒5与底座25在连接处分别开有第二 0型圈槽22和第三0型圈槽M用于放置0型圈，主筒5内试样9的下部依次布置有阳极板21、滤纸13、透水石12，透水石下方放置不透水垫片23，主筒5底部、不透水垫片23及底座25通过第二螺丝孔沈固定连接在一起。[0024]参照图2、图3、，当进行阴极在下的电渗试验时，所采用的双向电渗固结仪，包括一圆柱形试验主筒5，主筒5上部设置有与之相适配的套筒3，在主筒5上与套筒3的连接处开有第一 0型圈槽11用于放置0型圈，主筒5与套筒3通过第一螺丝孔10固定，主筒5 内试样9的上面依次布置有阳极板21、滤纸13、透水石12，套筒3的上方设置有套筒管口 6，在主筒5筒壁一侧的一条竖直线上的不同位置开有5个孔压量测孔15，插有5个张力计 17，5个张力计17与信号端相连，在主筒5筒壁对称的另一侧的一条竖直线上开有6个小孔，中间四个小孔为电势测量孔16插有电势传感器18，电势传感器18与电势数据采集仪 20信号端相连，最下面的小孔通过导线2接阴极板21至电流表27再连接至直流电源1，最上面的小孔则接阳极板14再连接至直流电源1，孔压数据采集仪19与电势数据采集仪20 与计算机观相连，主筒5下部设置有与之相适配的底座25，主筒5与底座25在连接处分别开有第二 0型圈槽22和第三0型圈槽M用于放置0型圈，主筒5内试样9的下部依次布置有阴极板14、滤纸13、透水石12，透水石12下方放置可透水垫片四，主筒5底部、垫片 23及底座25通过第二螺丝孔沈固定连接在一起，底座25上的水平排水管30通过胶皮管 7与洗气瓶31连接相通，洗气瓶的另外一根导管通过胶皮管与真空泵32连接。[0025]整个装置都用绝缘材料制作而成，利用有机玻璃为材料制作圆柱形试验主筒5，0 型圈则能很好的解决连接各连接部位的止水问题。在套筒3上一定高度位置开有一个套筒管口 6，试验之前在套筒3中加水至套筒管口 6，该装置能用于收集电渗出水。从理论上来说，电渗过程中土样总体积不变，由于土体固结沉降所排出的水会在阴极处累积但不会溢出，然而，利用该装置进行电渗试验发现仍有部分水会溢出，因此这样一个套筒管口 6是必要的；在底座25上开有另外一个水平排水管30，连接到洗气瓶31，洗气瓶31另一导管连接到真空泵32，这个装置主要用于阴极在下的电渗试验中，作用是收集电渗出水。在主筒25 上不同深度的位置，有相应的划线标志，以便对沉降进行监测，主筒25的内壁上涂有一定量的机油，以减小试样9与筒壁的摩擦；[0026]布置好电势传感器18和导线之后，用玻璃胶将小孔密封并静置一段时间待其凝固止水，[0027]参照图4，电极板为2mm厚的圆形铜板，上面无规则的分布着小孔以便透水。在连接至电源的导线中，串联有一个高灵敏度的电流表27，以实时监测试样中的电流。[0028]参照图5、图6，当进行阴极在上阳极在下的电渗试验时，使用不透水垫片23，待装样完成、电极板安装好之后，在上部套筒3中加水至套筒管口 6处，量筒8收集电渗过程的出水；当进行阴极在下阳极在上的电渗试验时，使用可透水垫片29，并将底座上的水平管口连接到洗气瓶并将洗气瓶与真空泵连接，隔段时间打开真空泵32进行集水并量测水量， 之后关闭真空泵32。[0029]本实用新型的具体操作过程[0030]1)安装仪器[0031]根据试验类型，阴极在上试验或者阴极在下试验，下面以阴极在上试验为例，确定采用不透水垫片或者透水垫片。将套筒6、主筒5、垫片、底座25通过固紧螺丝组装，在接触处的0型圈槽中放入0型圈。在主筒底部从下到上依次布置透水石12、滤纸13、阳极板 14，透水石12在安装前要用水湿润，将底部阴极板21与电流表27串联并连接到直流电源 1正极。[0032]2)安装电势传感器18[0033]将已标定好的张力计17和电势传感器18通过主筒侧壁的小孔插入主筒中并将其与电源和数据采集仪19、20连接，将数据采集仪连接到电脑观并进行调试，确定可以正常工作，装好后，将小孔用玻璃胶密封，并放置一段时间使玻璃胶凝固。[0034]3)填入土样[0035]根据试验需要，取用一定量的土，通过分层填入和击锤压密等方式配置成一定干密度的土样，填入土样之前，还要在主筒内壁涂抹一定量的机油。在每一层土样的表面靠近筒壁处放置一小片深色不透水胶片与主筒5外壁的标记线对齐，以便观察不同深度土样的沉降。土样填至主筒顶部后，依次在土样上放置阴极电极板、滤纸、透水石(提前润湿)，并将电极板连接到电源负极。[0036]4)安装量水装置[0037]在套筒3中加入一定量的水至套筒管口 6处，并将套筒管口 6通过胶皮管连接通至量筒8，用密封膜将套筒上部密封。[0038]5)检查线路，开始试验。[0039]6)若进行阴极在下试验，则将不透水垫片1换为透水垫片2，并将底座上的水平管口连接到洗气瓶，将洗气瓶31与真空泵32连接。[0040]采集仪、计算机、电流表将得到的电流、电势、孔压、出水量、分层沉降等数据进行定量分析，得到有益的结论，以指导实际工程中电渗技术的应用和推广，同时能对电渗过程中试样内各项参数的实时变化情况进行监测。
权利要求1.双向电渗固结仪，其特征在于，包括一圆柱形试验主筒(5)，主筒( 上部设置有与之相适配的套筒(3)，在主筒( 上与套筒C3)的连接处开有第一0型圈槽(11)用于放置0 型圈，主筒( 与套筒C3)通过第一螺丝孔(10)固定，套筒C3)的上方设置有套筒管口(6)， 在主筒( 筒壁一侧的一条竖直线上的不同位置开有5个孔压量测孔(15)，插有5个张力计(17)，5个张力计(17)与信号端相连，在主筒( 筒壁对称的另一侧的一条竖直线上开有6个小孔，中间四个小孔为电势测量孔(16)，电势测量孔(16)插有电势传感器(18)，电势传感器(18)与电势数据采集仪00)信号端相连，最下面的小孔通过导线( 接阴极板(21)至电流表(XT)再连接至直流电源(1)，最上面的小孔则接阳极板(14)再连接至直流电源(1)，孔压数据采集仪(19)与电势数据采集仪00)与计算机08)相连，主筒(5)下部设置有与之相适配的底座(25)，主筒(5)与底座0 在连接处分别开有第二 0型圈槽(22)和第三0型圈槽04)用于放置0型圈，主筒(5)底部、垫片03)及底座05)通过第二螺丝孔06)固定连接在一起。
2.根据权利要求1所述的双向电渗固结仪，其特征在于，所述的主筒(5)内放置有试样(9)，试样(9)的上面依次布置有阴极板(14)、滤纸(13)、透水石(12)，套筒管口(6)通过胶皮管⑵与量筒⑶相连通，主筒(5)内试样(9)的下部依次布置有阳极板(21)、滤纸 (13)、透水石(12)，透水石下方放置不透水垫片03)。
3.根据权利要求1所述的双向电渗固结仪，其特征在于，所述的主筒( 内放置有试样 (9)，试样(9)的上面依次布置有阳极板(21)、滤纸(13)、透水石(12)，主筒(5)内试样(9) 的下部依次布置有阴极板(14)、滤纸(13)、透水石(12)，透水石(1 下方放置可透水垫片 ( )，底座0 上的水平排水管(30)通过胶皮管(7)与洗气瓶(31)连接相通，洗气瓶的另外一根导管通过胶皮管与真空泵(3 连接。
4.根据权利要求2或3所述的双向电渗固结仪，其特征在于，所述的透水石(12)、阳极板(14)、阴极板(21)、试样(9)均同轴布置，张力计(17)、电势传感器(18)插入后与试样 (9)垂直，且随着试样(9)的沉降而向下移动。
专利摘要双向电渗固结仪，主筒中的试样上部和下部放置电极板并通过电源在试样中形成竖向的均匀一维电场，主筒侧壁对称的两条边上分别开有孔压量测孔和电势量测孔，张力计和电势传感器通过这些孔插入试样并与数据采集仪相连，数据采集仪直接与电脑连接，可以记录并储存数据，在连接电源的导线上串联有精密电流表，在主筒侧壁不同高度有标记线以进行沉降测量，本实用新型可以对不同土体试样进行双向电渗试验，得到有效的电流、电势、孔压、出水量、分层沉降等数据，同时能对电渗过程中试样内各项参数的实时变化情况进行监测，对电渗效果进行定量分析，得到有益的结论，以指导实际工程中电渗技术的应用和推广。
文档编号G01N27/00GK202305453SQ20112037114
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者吴辉, 胡黎明 申请人:清华大学