一种处置软黏土化学电渗法实验装置的制作方法

本实用新型属于土木工程模型试验技术领域，尤其涉及一种处置软黏土化学电渗法实验装置。

背景技术：

如今国民经济高速发展，土地资源日益短缺，导致许多建筑不得不在湖相、海相等软黏性土层甚至淤泥质地基上进行建设。但软黏性土和淤泥质土的高压缩性、低渗透性、高含水率以及低承载力难以满足施工建设条件。所以，用化学电渗法来加速软黏性土和淤泥质土的排水固结是现如今很有效的一种方法，它利用土体在外加电场作用下向低电势移动原理固结排水，且不受土颗粒大小的影响，所以被广泛运用。

随着研究的深入，人们发现传统电渗法电能消耗较大、周期长、土样排水不均匀，后期排水较弱、且存在阳极腐蚀问题。因此改良传统电渗法的弊端，开发一种新型电渗系统迫在眉睫。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种处置软黏土化学电渗法实验装置。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种处置软黏土化学电渗法实验装置，包括模型试验槽，所述模型试验槽包括位于中间的土样槽和位于两侧的蓄水槽，所述土样槽和蓄水槽之间均通过排水板分隔开，所述排水板的高度小于模型试验槽的高度，排水板顶部与模型试验槽顶部相齐平，排水板底部边沿与模型试验槽底部之间还设有一个排水通道，所述土样槽两侧紧贴排水板位置分别设有一层土工布，所述土样槽内左侧的土工布上还设有一个阳极铁网，土样槽右侧的土工布上还设有一个阴极铁网，所述阳极铁网和阴极铁网底部与土样槽底部相齐平，阳极铁网和阴极铁网顶部伸出土样槽顶部，所述土样槽中心位置还设有一个加剂管。

进一步的，所述模型试验槽左侧的蓄水箱底部设有一个排水孔，所述排水孔出口设有容器。

进一步的，所述土样槽顶部设有一组位移计，每个位移计下部的探针处设有一块沉降板，所述沉降板位于土样上表面。

进一步的，所述土样槽内还设有一组电势测针，所述电势测针插入土样内部。

进一步的，所述加剂管管壁上设有一组均匀分布的孔，加剂管底部与土样槽底部齐平。

进一步的，所述排水板为塑料排水板，所述排水板表面设有竖向排列的V型凸槽。

进一步的，所述土工布底部与土样槽底部齐平。

进一步的，所述阳极铁网和阴极铁网上均预留接线口，接线口用于和电源相连。

本装置的实验方法，其主要步骤为：

1）安装塑料排水板，用蒸馏水将塑料排水板浸润后紧贴模型槽内两侧的挡土板布置，铺设透水土工布，将土工布浸润后沿排水板铺设，布置铁网电极，将电极网紧贴土工布布置，上部预留接线口；

2）装填土样，将配制好的土样分层装填至模型槽内至20cm，之后用振动棒振捣，排出装填过程中土样产生的气泡。最后，将土样表面抹平并覆盖塑料薄膜；

3）插入PPR加剂管，PPR加剂管表面设有小孔，在PPR加剂管表面覆盖透水土工布，将PPR加剂管加入土样中央位置；

4）插入电势测针，将电势测针垂直插入土体；布置沉降板，将沉降板布置于土样表面；安装位移计，安装完成后，位移计归零；

5）放置烧杯，将烧杯称重后放在阴极排水槽的排水孔正下方；

6）接通电源，用导线连接电极和电源输出通道；阳极铁网连接电源正极，阴极铁网连接电源负极，设置电源输出电压值，开启电源；

7）在PPR加剂管内注入化学溶液；

8）实验开始前，从模型槽取样，测定土样初始状态的基本物理性质，测定内容包括含水率、密度，孔隙比；

9）实验过程中，每隔2h称量烧杯重量求出排水量；读取电流值、电压值和土样沉降位移；用万用表测量各电势测针之间的电势强度；

10）当排水速率降至5ml/h时，判定为电势停止排水，断开电源，停止实验；

11）实验结束后，取样测试孔隙比、抗剪强度值、沉降值以及阳极腐蚀程度。

本实用新型具有的优点是：本实用新型提供的实验装置只需将阳极铁网和阴极铁网与电源接通，在直流电场作用下可以针对软弱黏土层甚至淤泥质土层地基进行固结排水，且排水效率大大增强；与传统电渗排水方法相比，本实验装置通过在加剂口注入化学试剂提高电渗排水量，加快排水速率，缩短电渗处理时间；提高土样的导电性，降低电渗能耗；降低电极损耗量；改善电渗处理后土样密实度不均匀等问题；且本实验装置的材料价格便宜，装置更加简易，可操作性更强，便于质量控制，更能提高土体的强度。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是实施例中抗压强度测点布置位置示意图。

图3是实施例中密实度测试取样位置示意图。

1、蓄水箱；2、排水板；3、土工布；4、阳极铁网；5、阴极铁网；6、排水孔；7、容器；8、加剂管；9、位移计；10、电势测针；11、土样槽；12、沉降板；13、一号取样点；14、二号取样点；15、三号取样点；16、四号取样点；17、五号取样点。

具体实施方式

如图所示，一种处置软黏土化学电渗法实验装置，包括模型试验槽，所述模型试验槽包括位于中间的土样槽11和位于两侧的蓄水槽1，所述模型试验槽左侧的蓄水箱1底部设有一个排水孔6，所述排水孔6出口设有容器7，所述土样槽11和蓄水槽1之间均通过排水板2分隔开，所述排水板2的高度小于模型试验槽的高度，排水板2顶部与模型试验槽顶部相齐平，排水板2为塑料排水板，所述排水板2表面设有竖向排列的V型凸槽，排水板2底部边沿与模型试验槽底部之间还设有一个排水通道，所述土样槽11两侧紧贴排水板2位置分别设有一层土工布3，所述土工布3底部与土样槽11底部齐平，所述土样槽11内左侧的土工布3上还设有一个阳极铁网4，土样槽11右侧的土工布3上还设有一个阴极铁网5，所述阳极铁网4和阴极铁网5底部与土样槽11底部相齐平，阳极铁网4和阴极铁网5顶部伸出土样槽11顶部，所述阳极铁网4和阴极铁网5上均预留接线口，接线口用于和电源相连，所述土样槽11中心位置还设有一个加剂管8，用于添加化学溶液，所述加剂管8管壁上设有一组均匀分布的孔，加剂管8底部与土样槽11底部齐平，土样11顶部设有一组位移计9，每个位移计9下部的探针处设有一块沉降板12，所述沉降板12位于土样上表面，所述土样槽11内还设有一组电势测针10，所述电势测针10插入土样内部。

具体使用时，可以采用整体外形尺寸为60×15×24(cm)的模型试验槽，其内部距两端5cm处分别对称安装宽15cm，高22cm的有机玻璃板排水板，且下部边沿与槽底部相距2cm。所述的两侧蓄水箱尺寸为5×15×24(cm)，所述的蓄水槽底部设置直径为1cm的排水孔，加剂管直径为1cm，表面带孔且管外包裹透水土工布，化学溶液为氯化钙和硅酸钠溶液，模型槽内部划分为中间的土样槽11和两侧的蓄水槽1，土样槽11用于填充土样，蓄水槽1用于储存电渗排水，蓄水槽1底部中心部位设置排水孔6。实验时，先用蒸馏水将排水板2浸润后紧贴模型槽内两侧的挡土板布置并保证排水板2底部边沿和模型槽底部预留2cm排水通道；然后将土工布3浸润后沿排水板2铺设，其下端与模型槽底部平齐；将电极铁网紧贴土工布布置，上部预留接线口；将土样分层填装至模型槽内目标高度20cm后，用振捣棒振捣，排出装填过程中土样产生的气泡；将土样抹平并覆盖塑料薄膜；土样中间插置带孔的加剂管8，外部包裹透水土工布3防止土样堵塞孔道；在靠近阳极处、靠近阴极处、以及靠近加剂管两侧对称布置位移计9（图1中在距离阳极5cm处、阴极5cm处以及加剂管8两侧10cm处对称布置位移计9），用来监测阳极铁网4附近、阴极铁网5附近以及土样中间部位土体表面沉降量；在位移计9探针下部设塑料沉降板，防止探针沉入土样；将六根电势测针10竖直插入土样一定深度，布置间距如图1，以土样槽11中线对称均匀分布（图1中两侧距电极2cm，各按9cm间距沿土样纵向布置，加剂管8两侧测针间距10cm）；将烧杯7称重后放在阴极排水槽排水孔6正下方；用导线连接电极和电源输出通道，阳极铁网4连接电源正极，阴极铁网5连接电源负极，设置电源输出电压，开启电源。之后开始试验，以2h为时间间隔，称重烧杯7内水的质量变化；读取记录电流值变化；读取位移计9位移变化值；用万能表测试电势测针10之间电压值。当排水速率降至5ml/h时，判定为电势停止排水，断开电源，停止实验。试验结束后，在图2测点位置取样（可选取3~7个测点取样，分别靠近阳极，PPR加剂管及阴极，图中选取5个测点进行取样），测试含水率，为提高结果准确性，在每个测点位置距离图样表面2cm、10cm、18cm深度处测试含水率，取平均值。在图3测点位置（可选取3~7个测点取样，分别靠近阳极，PPR加剂管及阴极，图中选取5个测点进行取样）以及距离土体表面3cm、17cm处环刀取样测土样密度，取平均值；将十字剪切板静置2min，之后以2°/s的控制速率扭动十字板，当扭矩出现峰值或稳定值之后，继续扭动十字板1min，测读扭矩，确定土样抗剪强度，如图2中5个测点从阳极到阴极依次命名1~5号，1号2号测点采用尺寸20mm×40mm量程0~130kPa的十字板头测试；3号4号测点采用25.4mm×50.8mm测试量程0~65kPa的十字板头；5号测点采用50.8mm×101.6mm测试量程0~8.12kPa的十字板头。称重阳极铁网重量，测阳极腐蚀程度；实施例中用的土为重塑土，配制方法为：将室内原状土烘干、碾碎、过筛，按液限1.5倍含水率加蒸馏水后搅拌均匀，然后将重塑土密封静置24小时使土样充分饱和；采用的电源为DP800系列可编程线性直流电源；实验过程中，水分流失引起土体收缩，电极和土样接触面积发生变化，通过电流表示导电效果已经不再准确，本实验通过测试有效电阻来反映土体导电性。