一种分散土改性效果试验装置及系统的制作方法

本实用新型涉及工程试验设备领域，具体而言，涉及一种分散土改性效果试验装置及系统。

背景技术：

在我国，分散土分布较广，涉及到16个省和自治区都发现了分散土的踪迹。分散土是一种特殊的粘性土，虽具有良好的防渗性能，但却极易被水冲蚀，冲蚀现象比细砂、粉土还严重，造成堤坝、渠道和道路边坡的冲蚀和管涌破坏。分散土的分散机理较为复杂，涉及胶体与表面化学、矿物学、土壤化学、电化学等，对于分散土的判别和工程治理方面，我国至今尚未提出标准的规范和规程。分散土的改性是分散土工程问题中治本的方法，因此开展分散土改性方法研究显得尤为重要。

目前为了减少分散土工程上灾害的发生，一般采用石灰土对分散土进行改性处理，但由于掺入石灰土的方法形成的保护层一般较薄(小于0.5m)，一旦产生裂缝，雨水或河水会沿着裂缝深入，对内部的分散土产生冲蚀作用，造成工程破坏。另外由于混合料难以搅拌均匀，施工工艺复杂，也会增加工程预算。针对上述改性方法的不足，寻求一种更为可靠、便于应用、改性效果好的新分散土改性化学方法已经成为分散土改性方法研究中一个亟待解决的问题。另外，现有的分散土改性方法都是按照经验获得石灰的拌合率并直接进行现场处治，对于不同的处治环境具有一定的偶然性和不准确性，处治效果也无法获得定量的确认。

因此，需要一种接近工程实际的模型试验装置，获得新型改性剂对分散土准确的改性效果和改性方案，为工程实践做准备。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种分散土改性效果试验装置，采用接近工程实际的模型，方便在室内模拟改性剂对分散土准确的改性效果，得出最优的改性方案，为实际工程应用服务。

本实用新型的另一目的在于提供一种分散土改性效果试验系统，其能够获得不同的分散土改性方法的改性效果，为实际工程应用服务。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种分散土改性效果试验装置，其包括多个模型箱，每个模型箱内由下至上填筑有分散土地基和分散土路基，每个模型箱内的分散土地基、分散土路基均埋设有含水率探头和pH值测试探头，每个模型箱内设置有不同的改性处治装置。

在本实用新型较佳的实施例中，上述所有模型箱相同，所有分散土地基和分散土路基的大小相同。

在本实用新型较佳的实施例中，其包括大模型箱，大模型箱内设置若干隔板，将大模型箱分隔成多个大小相同的模型箱。

在本实用新型较佳的实施例中，上述改性处治装置包括：设置在分散土路基上铺设有渗水土工布，渗水土工布上设置有羟基铝层，分散土路基上插设有两根铝棒或铁棒，两根铝棒或铁棒通过电线分别连接正电极和负电极。

在本实用新型较佳的实施例中，上述改性处治装置包括：设置在分散土路基上铺设有渗水土工布，渗水土工布上设置有羟基铝层；分散土地基上铺设有渗水土工布，渗水土工布上设置有羟基铝层。

在本实用新型较佳的实施例中，上述改性处治装置包括拌合有石灰的分散土地基，拌合有石灰的分散土路基。

在本实用新型较佳的实施例中，上述模型箱的底面铺设有碎石层，碎石层上铺设有透水土工布，分散土地基设置于透水土工布上。

在本实用新型较佳的实施例中，上述还包括水箱，水箱分别与每个模型箱内的碎石层连通。

在本实用新型较佳的实施例中，上述所有分散土地基内的含水率探头和pH值测试探头位于相同的高度，所有分散土路基内的含水率探头和pH值测试探头位于相同的高度。

一种分散土改性效果试验系统，其包括上述的分散土改性效果试验装置和数据采集仪，数据采集仪与含水率探头、pH值测试探头连接。

本实用新型实施例的有益效果是：本实用新型实施例的分散土改性效果试验装置包括多个模型箱，每个模型箱内由下至上填筑有分散土地基和分散土路基，每个模型箱内的分散土地基、分散土路基均埋设有含水率探头和pH值测试探头，每个模型箱内设置有不同的改性处治装置，该分散土改性效果试验装置采用接近工程实际的模型，方便在室内模拟改性剂对分散土准确的改性效果，得出最优的改性方案，为实际工程应用服务。本实用新型实施例的分散土改性效果试验系统包括上述的分散土改性效果试验装置和数据采集仪，数据采集仪与含水率探头、pH值测试探头连接，该系统能够获得不同的分散土改性方法的改性效果，为实际工程应用服务。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供的一种分散土改性效果试验装置的结构示意图；

图2为图1另一视角的结构示意图；

图3为图2中水箱部分的结构示意图；

图4为本实用新型第二实施例提供的一种分散土改性效果试验装置的结构示意图。

图标：100-分散土改性效果试验装置；110-模型箱；111-模型箱A；112-模型箱B；113-模型箱C；114-隔板；121-分散土地基；122-分散土路基；131-含水率探头；132-pH值测试探头；140-水箱；141-控制水阀；150-水源；161-羟基铝层；162-铝棒；163-正电极；164-负电极；165-渗水土工布；166-碎石层；167-透水土工布；200-分散土处治效果试验装置。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

第一实施例

请参照图1至图3所示，本实施例提供一种分散土改性效果试验装置100，用于模拟待处治的堤坝、渠道和道路边坡，便于进行不同改性处治方法，该散土改性效果试验装置包括多个模型箱110，每个模型箱110内由下至上填筑有分散土地基121和分散土路基122，分散土地基121和分散土路基122与堤坝、渠道和道路边坡的材质相同，且压实度也相同。每个模型箱110内的分散土地基121、分散土路基122均埋设有含水率探头131和pH值测试探头132，每个模型箱110内设置有不同的改性处治装置。本实施例的分散土改性效果试验装置100采用接近工程实际的模型，方便在室内模拟改性剂对分散土准确的改性效果，得出最优的改性方案，为实际工程应用服务。

为了对比不同改性处治方法的处治效果，除了改性处治装置外，其他部分应该是相同，具体的，所有模型箱110相同，所有分散土地基121和分散土路基122的大小相同。所有分散土地基121内的含水率探头131和pH值测试探头132位于相同的高度，所有分散土路基122内的含水率探头131和pH值测试探头132位于相同的高度。

为了模拟地下水对分散土地基121的影响，模型箱110的底面铺设有一层10cm厚的碎石层166作为持水层，碎石层166上铺设有透水土工布167，分散土地基121设置于透水土工布167上。在碎石层166和分散土地基121之间铺设透水土工布167，能防止分散土地基121的土粒进入碎石层166的孔隙中。为了保证碎石层166始终持水，还包括水箱140，水箱140分别与每个模型箱110内的碎石层166连通，往碎石层166通入水，水箱140与每个碎石层166连通的管路上设置有控制水阀141，通过外接水箱140提供水，并控制水位，保证在碎石层166里面充满了自来水，水箱140对应设置有用于补充水的外接水源150。

为了对不同的分散土改性处治方法进行对比，在不同模型箱110内设置了不同的改性防治装置模拟不同改性防治方法的工况，采用多种工况组合对比方式验证处治效果，得到分散土改性处治的最优方案。本实施例为了检验和验证电化学方法改性分散土的效果，分别模拟三种工况，用以比较，具体工况如下：工况一：在填筑好的分散土路基122土上部插入连接电极的铝棒162或铁棒，并喷洒羟基铝溶液，采用电化学方法进行分散土路基122和分散土地基121的改性；工况二：直接在分散土路基122和分散土地基121上分层喷洒羟基铝溶液，采用改性剂羟基铝进行改性；工况三：选用石灰拌和分散土路基122和地基填土，采用改性剂石灰进行改性。

模拟上述三种工况的原理为：铁、铝氧化物及氢氧化物的水合物对土的改性作用研究的资料较少，在较早的研究资料中可以获得只言片语，但是其相较钙、镁氧化物的优越性却可以显见。铁、铝氧化物和氢氧化物可与蒙脱土矿物胶结形成非常稳定的大颗粒团聚体，对土壤团聚体的形成和结构稳定性有很大的影响。赤铁矿对粘土矿物颗粒有很强的胶结作用，使粘性土强度增加、变形减少、分散性减少。通过羟基铝改性后的蒙脱土显著增加了较大孔径的孔的容积，进而有效地提高蒙脱土对大分子物质的吸附性能。经聚合羟基离子取代后的蒙脱土的表面酸性有较大的提高，而且提高的程度随取代剂的合成的方法及条件的不同而改变。此外，羟基铝也被证明通过与蒙脱土进行离子交换、包被、胶结成键等物理化学反应能够改变土体的亲水性和强度特性，显著提高蒙脱土的物理特性和强度指标。对比对灵敏性粘土的处理效果，铝氢氧化物的处理效果要优于消石灰。而引起土的分散性的主要因素有两个：一个是蒙脱石，还有一个是高pH值。研究表明，在使用羟基铝交联蒙脱石后，不但可以改变蒙脱石的界面活性，减少分散性，提高矿物颗粒的胶结作用，同时亦能提高土的酸度，降低pH值。因此本实施例的工况之一是采用电化学方法，探索采用新型的改性剂-羟基铝以及新型改性方法-电化学方法对“不同改性剂及改性方法对分散土的改性效果进行了对比论证”，能够对分散土的改性提供一个更为合理和可行的实验方法，获得羟基铝抑制分散土的电化学方法，实现其工程应用的可行性。

与上述三种工况相应的，改性防治装置可以在以下几个中任意选择搭配：

其中一个改性处治装置包括：设置在分散土路基122上铺设有渗水土工布165，渗水土工布165上设置有羟基铝层161，分散土路基122上插设有两根铝棒162或铁棒，两根铝棒162或铁棒通过电线分别连接正电极163和负电极164。羟基铝层161是羟基铝溶液喷洒形成，为了使羟基铝溶液下渗均匀，在羟基铝层161与分散土路基122之间设置渗水土工布165，并插入两根铝棒162或铁棒，保证铝棒162或铁板洁净，通过直流电源的作用，使羟基铝与分散土中物质进行充分反应，从而达到抑制分散土分散的效果，该改性处治装置对应分散土电化学改性的模拟方案。

其中一个改性处治装置包括：设置在分散土路基122上铺设有渗水土工布165，渗水土工布165上设置有羟基铝层161，分散土地基121上铺设有渗水土工布165，渗水土工布165上设置有羟基铝层161，该改性处治装置对应改性剂羟基铝改性的模拟方案。

其中一个改性处治装置包括拌合有石灰的分散土地基121，拌合有石灰的分散土路基122，该改性处治装置对应改性剂石灰改性的模拟方案。

本实施例中，分散土改性效果试验装置100包括3个有机玻璃模型箱110，具体是在一个有机玻璃大模型箱内设置2块隔板114，将大模型箱分隔成3个大小相同的模型箱110，分别为模型箱A111、模型箱B112、模型箱C113。在模型箱110与隔板114之间的接缝位置涂抹玻璃胶防止漏水。为了模拟真实公路路基情况，在有机玻璃模型箱110中按照不同压实度分层填筑分散土地基121、分散土路基122。在模型箱A111、模型箱B112、模型箱C113内埋设传感仪器：在分散土地基121的同一高度埋设含水率探头131和pH值测试探头132；在分散土路基122的同一高度埋设有含水率探头131和pH值测试探头132。3个模型箱110的具体结构以下：

模型箱A111：底部铺设碎石层166和透水土工布167，填筑分散土地基121，上部填筑分散土路基122；最上方铺设渗水土工布165和喷洒羟基铝溶液形成羟基铝层161；在分散土路基122上插入两根铝棒162，并通过电线连接正电机和负电极164。为了防止在电化学反应中分散土产生较大变形对模型箱110造成破坏，预先在模型箱110的四周用角钢加固。

模型箱B112：从下到上依次铺设有碎石层166、透水土工布167、分散土地基121、渗水土工布165、羟基铝层161、分散土路基122、渗水土工布165、羟基铝层161。

模型槽C：从下到上依次铺设有碎石层166、透水土工布167、石灰拌合的分散土地基121、石灰拌合的分散土路基122，在填筑之前充分搅拌石灰和分散土，使石灰均匀分布在分散土中。

本实施例还提供一种分散土改性效果试验系统，其包括上述的分散土改性效果试验装置100和数据采集仪，数据采集仪与含水率探头131、pH值测试探头132连接，具体是用导线引出传感仪器如含水率探头131和pH值测试探头132到有机玻璃模型箱110外的数据采集仪。本实施例的分散土改性效果试验系统还可进行不同改性剂、不同改性方案下的路基含水率与pH值的测试，用来检验不同工况下的分散土改性效果。

本实施例还提供一种基于上述散土改性效果试验系统的分散土改性效果试验方法，为了消除温度对试验结果的影响，试验要求在(25±2℃)的恒温试验室内进行，具体试验步骤如下：

①取一定的代表性的风干分散土样，进行室内轻型即使试验，按照《土工试验规程》的要求，确定填土的最优含税率和最大干密度。

②选择直径为5mm～20mm的碎石均匀铺于有机玻璃模型箱A111、模型箱B112、模型箱C113的底部形成碎石层166，碎石层166厚度为10cm。

③碎石层166铺设完成后，在其上铺一层透水土工布167。

④利用击实试验得到的最优含税率为控制标准对分散土路堤和分散土地基121进行分层填筑，为了模拟新厂路基填筑，尽量达到现场施工的压实度，在分层填筑时，应严格控制每层的松铺厚度，击锤夯实后的填土厚度为10～15cm。

⑤填筑到指定高度后，在模型箱A111上铺设一层渗水土工布165，并且喷洒一定量的羟基铝溶液，羟基铝溶液的量与填土厚度有关，可根据规范进行换算。在模型箱B112中，当填筑完分散土地基121后，在其上铺设一层渗水土工布165，并喷洒相应分量的羟基铝溶液，随后在其上填筑分散土路基122，并在分散土路基122上铺设一层渗水土工布165，喷洒相应分量的羟基铝溶液。在模型箱C113中，定量称取生石灰的掺量，并提前将生石灰与具有最优含税率的分散土进行充分搅拌，填入模型箱110中进行击实填筑。

⑥在分层填筑的同时，在观测的位置进行传感仪器埋设；连线沿模型槽内侧壁引出槽外，以方便连接数据采集仪。

⑦在填筑完成后，在模型箱A111中插入两根连接有电线的铝棒162，并在电线末端连接电极，以备接通外接直流电源。

⑧进行含水率和pH值观测，观测频率为1次/12小时；

⑨观测数据进行分析处理后为分散土的改性处治和施工提供科学依据。

上述试验所用仪器设备如下：

1)击实仪：由击实筒、击锤和护筒组成，其尺寸应符合《土工试验规程》的规定。

2)标准筛：孔径为20mm的圆孔筛和5mm标准筛。

3)烘箱：可采用电热烘箱或温度能保持在105～110℃的其他能源烘箱。

4)天平：精度为0.1g。

5)含水率探头131：量程0～100％，精度0.1％。

6)pH值测试探头132：量程0～14，精度0.1。

7)数据采集仪：可通过连接传感器进行含水率和pH值的读数。

8)其他：粘土设备、盛土器、喷水设备、修土刀和保湿设备等。

本实用新型的分散土改性效果试验系统及试验方法具有下列优点和积极效果：

1、可以较好的模拟实际工程，直观地获得分散土路基122在进行不同方法改性后的分散土pH值和湿度的变化规律，从而检验不同改性方法对分散土的改性效果。

2、可以精确获得分散土电化学改性方法的改性效果。

3、为给出合理、可行的分散土路基122改性的施工方法和技术规范提供科学依据。

4、试验成本低，经济效益巨大，有利于分散土地区的改性处理，工程应用，提高分散土路基122中的分散土的应用程度，节省工程造价，提高工程安全性，与人文、自然环境和谐。

第二实施例

请参照图4所示，本实施例提供一种分散土改性效果试验装置200，其结构与第一实施例的分散土改性效果试验装置100的结构大致相同，不同之处在于：本实施例包括两个模型箱110，省去第一实施例中的模型箱C113。该分散土改性效果试验装置200的结构更加简单，省去会污染库水的防治措施，对应的试验方法也更加简单。

综上所述，本实用新型的分散土改性效果试验装置采用接近工程实际的模型，方便在室内模拟改性剂对分散土准确的改性效果，得出最优的改性方案，为实际工程应用服务；本实用新型的分散土改性效果试验系统能够获得不同的分散土改性方法的改性效果，为实际工程应用服务。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。