一种基于超声振动加速固化可液化砂土试验装置的制作方法

本实用新型属于岩土工程中地基处理领域，尤其涉及一种基于超声振动加速固化可液化砂土试验装置。

背景技术：

将水玻璃溶液和氯化钙溶液混合可以产生硅酸钙沉淀，此硅酸钙沉淀可以加固可液化砂土地基。目前水玻璃固化可液化砂土的方法主要有两种：（1）第一种是单液法，即将水玻璃和氯化钙配成一种液体注入土体；（2）第二种方法是双液法，即在土中交替注入水玻璃溶液和氯化钙溶液，两种液体在土中相遇发生反应，生成硅酸钙沉淀。上述第一种方法的问题在于容易在注液出口附近形成堵塞；上述第二种方法的问题在于硅酸钙溶液和氯化钙溶液利用不充分，因为只有部分溶液混合生成硅酸钙沉淀。因此让水玻璃溶液和氯化钙溶液加速混合扩散，同时减缓注液口附近的堵塞显得尤为重要。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述现有技术存在的固化溶液利用效率低及注液口附近容易堵塞的问题，本实用新型提供了一种可以让水玻璃溶液和氯化钙溶液加速混合扩散，同时减缓注液口附近的堵塞的基于超声振动加速固化可液化砂土的试验装置。

本实用新型的技术方案：一种基于超声振动加速固化可液化砂土试验装置，包括真空抽气装置、超声波发射装置、侧边开孔的细管注射装置、水玻璃溶液及氯化钙溶液储存装置、液体收集容器和盛放砂土地基模型的模型箱，

所述真空抽气装置包括真空泵和铺设在砂土地基模型上的有机塑料薄膜，所述有机塑料薄膜与模型箱密封连接，以保证真空泵工作时砂土地基模型与外界不连通，所述真空泵把砂土地基模型中的空气和液体抽走，以此引导水玻璃溶液及氯化钙液体通过侧边开孔的细管注射装置进入砂土地基模型中；

所述超声波发射装置套在侧边开孔的细管注射装置上，所述液体收集容器与真空泵的排放口连通；

侧边开孔的细管注射装置包括若干注射水玻璃溶液的水玻璃溶液注射细管和若干注射氯化钙溶液的氯化钙溶液注射细管，所述水玻璃溶液注射细管和氯化钙溶液注射细管位于沙土地基模型内；

所述水玻璃溶液及氯化钙溶液储存装置包含两个容器，分别为水玻璃溶液储存容器和氯化钙溶液储存容器，所述水玻璃溶液储存容器内装水玻璃溶液并与水玻璃溶液注射细管相连，所述氯化钙溶液储存容器内装氯化钙溶液并与氯化钙溶液注射细管相连。

在真空泵的作用下两个容器内的溶液顺着侧边开孔的细管注射装置注入砂土地基模型，同时超声波发射装置产生的超声波纵波加速水玻璃溶液和氯化钙溶液混合，砂土地基模型中充满水玻璃和氯化钙反应后生成的硅酸钙沉淀，同时减缓注液口附近的硅酸钙堵塞。

优选地，所述真空抽气装置、超声波发射装置、侧边开孔的细管注射装置、水玻璃溶液及氯化钙溶液储存装置和液体收集容器之间为可拆卸连接。

优选地，所述真空泵通过抽真空管与沙土地基模型连通，所述抽真空管一端连接真空泵，另一端穿过有机塑料薄膜插入砂土地基模型中；所述模型箱为立方体状透明有机玻璃箱，所述透明有机玻璃箱尺寸为：长250mm，宽250mm，高250mm。

立方体状透明有机玻璃利用玻璃胶粘合在一起能够紧密的结合，在真空泵与有机塑料薄膜的作用下不漏气。

优选地，所述水玻璃溶液注射细管通过水玻璃溶液供给管与水玻璃溶液储存容器连接，所述氯化钙溶液注射细管通过氯化钙溶液供给管与氯化钙溶液储存容器连接。

优选地，所述水玻璃溶液供给管通过一水玻璃溶液总管分别与多个水玻璃溶液注射细管连接，所述氯化钙溶液供给管通过一氯化钙溶液总管分别与多个氯化钙溶液注射细管连接。

优选地，所述超声波发射装置是轴向极化的圆管状压电陶瓷块，所述圆管状压电陶瓷块沿圆管长轴方向极化。

当液体由侧边开孔的细管注射装置注入砂土中时，圆管状压电陶瓷块开始轴向伸缩振动产生超声波纵波。

优选地，每个水玻璃溶液注射细管和氯化钙溶液注射细管上均设有若干侧边孔，每个侧边孔下方均套有圆管状压电陶瓷块。

优选地，所述水玻璃溶液注射细管和氯化钙溶液注射细管间隔设置，且水玻璃溶液注射细管和氯化钙溶液注射细管的长度为300mm，外径为4mm，内径为2mm，在注射细管的侧壁每隔60mm开一对直径为2mm的圆孔作为侧边孔；每两个细管的间距为3倍外径。

优选地，所述圆管状压电陶瓷块沿长轴方向长度为同一注射细管上相邻两个侧边孔间距的1/5，且圆管状压电陶瓷块为PZT压电陶瓷，所述抽真空管与有机塑料薄膜连接处设有密封圈。

一种基于超声振动加速固化可液化砂土试验装置的试验方法，包括下述步骤

步骤1：在模型箱中放置砂土地基模型，然后用有机塑料薄膜密封砂土地基模型；

步骤2：连接水玻璃溶液储存容器和水玻璃溶液注射细管以及氯化钙溶液储存容器和氯化钙溶液注射细管，在每个注射细管上套好圆管状压电陶瓷块，然后将所有注射细管插入砂土地基模型中；

步骤3：将真空泵的抽入口与砂土地基模型连通，将真空泵的排放口与液体收集容器连通；

步骤4：真空泵抽取砂土地基模型中的气体和液体，引导水玻璃溶液和氯化钙溶液流入砂土地基模型中，同时圆管状压电陶瓷块产生超声波，加速水玻璃溶液及氯化钙溶液混合扩散，通过超声波作用减缓注射孔附近的沉淀。

作为优选超声波发射装置为圆管状压电陶瓷块，选用PZT（锆钛酸铅)压电陶瓷。

本实用新型的有益效果：利用真空抽气的方法通过侧边开孔的细管注射装置引导水玻璃溶液及氯化钙溶液注入砂土地基模型，并在超声波纵波的作用下使得水玻璃溶液及氯化钙液体加速混合扩散，并有效减缓注射孔附近的沉淀，防止注液口附近的堵塞，改善可液化砂土的加固效果。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为抽真空管与有机塑料薄膜连接示意图；

图3为圆管状压电陶瓷块固定在水玻璃溶液注射细管上的结构示意图；

图4为圆管状压电陶瓷块在砂土模型箱中的布置示意图；

图5为圆管状压电陶瓷块的结构示意图；

图中1.水玻璃溶液储存容器，2.水玻璃溶液供给管，3.氯化钙液体供给管，4.水玻璃溶液注射细管，5.氯化钙溶液注射细管，6.模型箱，7.有机塑料薄膜，8.真空泵，9.液体收集容器，10.圆管状压电陶瓷块，11. 抽真空管，12.氯化钙溶液储存容器，13.密封圈，14.侧边孔。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

如图1-5所示，基于超声振动加速固化可液化砂土试验装置，包括真空抽气装置、超声波发射装置、侧边开孔的细管注射装置、水玻璃溶液及氯化钙溶液储存装置、液体收集容器9，所述真空抽气装置、超声波发射装置、侧边开孔的细管注射装置、水玻璃溶液及氯化钙溶液储存装置和液体收集容器可以拆卸连接。所述真空抽气装置由真空泵8、有机塑料薄膜7和抽真空管11构成。有机塑料薄膜7下面放置砂土试样，与透明的有机玻璃立方体装模型箱6结合达到密封的效果，通过真空泵8利用抽真空管11连接砂土试样和利用放液管连接液体收集容器9。所述侧边开孔的细管注射装置包含注射水玻璃溶液的水玻璃溶液注射细管4和注射氯化钙溶液的氯化钙溶液注射细管5，水玻璃溶液注射细管4和氯化钙液体注射细管5插入砂土试样。

每个水玻璃溶液注射细管4和氯化钙溶液注射细管5上均设有若干侧边孔14（注射孔），每个侧边孔14下方均套有圆管状压电陶瓷块10。

水玻璃溶液及氯化钙溶液储存装置包含水玻璃溶液储存容器1、氯化钙溶液储存容器12、水玻璃溶液供给管2和氯化钙溶液供给管3。在透明有机玻璃制成的模型箱6和有机塑料薄膜7组成的封闭空间中，利用真空泵8抽取模型箱6中的液体和气体的过程中，利用大气压把水玻璃溶液及氯化钙溶液储存装置中的液体通过水玻璃溶液注射细管4和氯化钙溶液注射细管5注入砂土试样，同时由超声波发射装置产生超声波纵波加速水玻璃溶液和氯化钙溶液混合扩散，并且减缓注射孔附近的沉淀。抽真空管11与有机塑料薄膜7连接处设有密封圈13。

基于超声振动加速固化可液化砂土试验装置的试验方法的过程如下：

步骤1：在如图1所述的透明有机玻璃模型箱6中放置砂子（福建ISO标准砂），具体步骤如下：首先按照砂雨法装砂，每层砂土厚度50mm，砂土装到200mm完成，然后用有机塑料薄膜7密封砂土试样，以保证砂土周围密封严密不漏气；

步骤2：通过如图1所述的水玻璃溶液供给管2与氯化钙液体供给管3，连接水玻璃溶液及氯化钙溶液储存装置1和水玻璃溶液注射细管4以及氯化钙液体注射细管5，在每个注射细管上套好圆管状压电陶瓷块，然后将水玻璃溶液注射细管4和氯化钙溶液注射细管5插入砂土试样；

步骤3：真空泵1开始工作，通过抽取透明有机玻璃箱6与有机塑料薄膜7组成的封闭空间中的气体和液体，同时圆管状压电陶瓷块10沿轴向收缩振动产生超声波，水玻璃溶液及氯化钙溶液储流入砂土并在超声波纵波的作用下加速混合扩散，同时通过超声波作用减缓注射孔附近的沉淀。