專利名稱：一種多功能土壤電滲固結儀的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種應用于土壤電滲加固技術的試驗儀器，特別涉及一種 多功能土壤電滲固結儀。
背景技術：
在土中通以直流電，在電勢差的作用下，土中水從陽極流向陰極，這 種現象即為電滲。如果將匯集于陰極的水分及時排出，就可以不斷降低土
的含水率，因此電滲可以用于對地基進行加固處理。Casagrande于1939 年第一次將電滲技術應用于巖土工程中，后來各國學者在其加固機理與應 用方面開展了大量的研究工作。電滲法具有對細顆粒、低滲透性土有良好 的加固效果等優點。
隨著我國沿海地區經濟的快速發展，土地資源日益緊張，利用港池和 航道疏浚土吹填造陸后再進行地基加固已經成為緩解土地資源緊張的主 要手段。疏浚土往往具有細顆粒、高塑性、低滲透等特性，采用常規排水 固結法加固這種地基時，加固后產生很大的沉降，但強度較小，加固效果 并非十分理想，因此電滲法有望成為此種土的有效加固方法。在電滲加固 中，土體的電滲透系數、電阻率等參數都是電滲加固中的重要參數，然而 對電滲透系數，很多情況都是取經驗值，這是一種粗略的處理方法。不同 的土類其電滲透系數并不一樣，獲取準確的電滲透系數等參數可以更科學 嚴謹的進行工程設計。因此，發展一套電滲透系數的測試設備和測試方法 具有十分重要的現實意義。本發明的多功能土壤電滲固結儀可以用于電滲 透系數和電阻率的測定。
發明內容
本發明的目的是提供一種多功能土壤電滲固結儀，能夠對土壤進行電 滲固結、加載固結或電滲與加載的聯合固結試驗，能夠對試驗中的主要參 數進行實時監測，并能對加固土體的電阻率和電滲透系數進行測定。
本發明采用的技術方案是
一種多功能土壤電滲固結儀，其特征在于 一個由土樣室外壁、土樣室外壁下端的基座、土樣室外壁上端的頂蓋組成的土樣室，其土樣室內有 由濾紙、電極和承壓透水板組成的上下隔板，上隔板上有加載板，上下電 極分別連接上下導線，基座上有排水管和排水口，加載板上有排水管和排 水口。
土樣室外壁下端的基座和土樣室外壁上端的頂蓋由螺栓連接。 由導電和透水性能良好材料金屬網和多孔金屬板制成上下電極均呈 平板狀，上隔板從上到下依次是承壓透水板、電極、濾紙，下隔板從上到 下依次是濾紙、電極、承壓透水板，上下兩電極平行且同時垂直于圓柱或 棱柱筒的軸向，土樣室橫斷面從上到下大小恒定。 土樣室外壁可以是圓筒形或棱柱筒形。
本發明的有益效果是
1、 能夠進行電滲固結、加載固結及電滲與加載聯合固結；
2、 在土體中形成均勻穩定的一維電場，方便相關參數的計算；
3、 電滲方向、排水方向和土體變形方向一致，符合一維電滲固結理 論，方便計算和分析。
4、 可以對試驗中的主要參數進行實時監測。
5、 能夠對電滲透系數、土體電阻率進行測定，使電滲加固設計更為 科學合理。
本發明主要應用于土壤電滲加固的室內試驗研究。
通過在陰陽極施加直流電流，在陰陽兩極之間的土體中形成均勻穩定 的一維電場，對土體進行電滲加固。通過電勢測頭可以對土體中的電勢進 行監測；通過微型孔壓測頭對孔隙水壓力進行監測；通過與量筒相連的排 水口對電滲排水量進行監測。通過電滲固結試驗，可以對土壤的電滲固結 特性進行研究，得到電滲加固的關鍵技術指標土體電阻率和電滲透系數。 本發明可以對電滲加固土壤進行室內試驗研究，為合理的電滲加固設計提 供依據。另外，本設備還可以進行常規的加載預壓固結試驗及其與電滲的 聯合固結試驗。
附圖1是本發明裝置結構示意圖
圖中1、基座，2、螺栓，3、頂蓋，4、 土樣室外壁，5、排水管，6、排水口， 7、導線，8、密封圈，9、加載板，10、電勢測頭，11、孔隙水壓 力測頭，12、濾紙(濾布)，13、電極，14、承壓透水板，15、 土樣室。
具體實施例方式
下面結合附圖，對本發明的實施方式進行詳細的描述。
土樣室15采用絕緣材料制成土樣室外壁4圍成，土樣室外壁為圓柱 或棱柱形。土樣室外壁置于基座1上，基座為圓形帶槽的平板，基座中心 開有排水口6，排水口與排水管5密封連接，用于收集電滲排水。排水口 周圍至環形槽為集水坡道。土樣室外壁4放置于基座的環形槽內，土樣室 外壁和環形槽間設有環形密封圈8。試驗土樣放置于土樣室中，自土樣下 端向下分別為濾紙(或濾布)12、電極13、承壓透水板14、基座1。承 壓透水板由高強絕緣材料制成，透水性良好，圓形，大小與電極一致；自 土樣上端向上分別為濾紙(或濾布)、電極、承壓透水板、加載板9、頂 蓋3。加載板由高強絕緣材料制成，圓形，大小與電極一致，中心有半圓 球凹槽以方便垂向加載。頂蓋由高強絕緣材料制成，圓形，有與土樣室外 壁相適應的環形槽。基座和頂蓋均相對應設有螺栓孔，通過從基座到頂蓋 的長螺栓2將基座、土樣室、頂蓋及其他設備連為一體。沿高度方向，土 樣室外壁一側設有圓形帶螺紋小孔，并安裝有電勢測頭10，電勢測頭與 萬用表相連；在另一側的相對位置也設有圓形帶螺紋小孔，可以安裝微型 孔隙水壓力測頭11。加載板、承壓透水板和基座均設有圓孔，以方便電 極導線的安裝。電極通過導線連接到直流電源的正負極。
所述的陰陽電極采用導電和透水性能良好材料(如金屬網和多孔金屬 板)制成，均呈平板狀，具有導電和排水雙重功能。陰陽電極和土體僅以 濾紙或濾布相隔，電極在被加固土體上下端面平行放置，能在土體中形成 均勻穩定的一維電場，陰陽兩極的間距可以根據土樣高度進行調節。
在圓柱形(或棱柱形)土樣室中放置有被固結的土樣，土樣上下兩端 部設陰陽電極， 一般陰極在下，陽極在上，電極平行放置，這樣能在土體 里形成均勻穩定的一維電場。電極和土樣間設有濾紙或濾布。緊靠近電極 的是承壓透水板，承壓透水板一方面起著排水作用，另一方面在土體上下 端面形成穩定的平面，將固結壓力均勻施加在土體端面。上面電極之上設 有加載板，在需要進行加載固結時，可裝上加載板并施加豎向荷載，通過 杠桿和砝碼施加。導線一端通過加載板和承壓透水板上孔洞連接到陰陽電 極，另一端連接到直流電源的正負極。在電場力的作用下，土樣中的水會從陽極到陰極、自上而下向陰極匯集，并通過基座上的排水口和排水管收 集于量筒，這樣就能得到單位時間內電滲排水量。當進行加載預壓時，土 樣還會通過加載板上的排水口和排水管排出。電滲過程中可以對排水量、 電流、極間電勢差、土樣內電勢分布、孔隙水壓力分布進行監測，還可以 通過磁性表座和百分表對土樣表層沉降進行監測。通過對監測數據的分析 與計算，可以得到土體電阻率和電滲透系數。 具體操作過程如下
(1) 將電滲固結儀置于實驗臺，安裝基座和土樣室，并關閉基座排水孔。
(2) 安裝下方承壓透水板、電極和濾紙(濾布)、電勢測頭和孔隙水 壓力測頭，連接電極與導線。承壓透水板、電極和濾紙(濾布)、孔隙水 壓力測頭應在試驗前充分濕潤飽和。
(3) 將土樣充分攪拌均勻，然后分層填入土樣室。對裝入土樣的質 量和高度進行記錄，并對含水率、密度等參數進行測定。
(4) 安裝上部濾紙(濾布)和電極，連接電極與導線。需要加載固 結時，還要安裝承壓透水板和加載板。在電極上方注入不高于2mm的與土 壤水分成分相同的水，以減少由于陽極水分疏干對試驗結果的影響。
(5) 安裝頂蓋，并將頂蓋與基座用螺栓固定。
(6) 打開基座排水孔，排出基座內的少量存水后，將排水管連接于量筒。
(7 )將連接于上下電極的導線分別連接到直流電源的正負極，通電， 正式開始電滲加固。也可以根據需要同時通過加載板施加豎向壓力。
(8) 記錄不同時刻的電流、電壓、孔隙水壓力、電勢分布和量筒中 出水量的大小。
(9) 整理實驗數據，根據實驗數據對電滲加固效果進行評價，并得 到電滲加固關鍵參數土體電阻率和電滲透系數。
權利要求
1、一種多功能土壤電滲固結儀，其特征在于一個由土樣室外壁、土樣室外壁下端的基座、土樣室外壁上端的頂蓋組成的土樣室，其土樣室內有由濾紙、電極和承壓透水板組成的上下隔板，上隔板上有加載板，上下電極分別連接上下導線，基座上有排水管和排水口，加載板上有排水管和排水口。
2、 根據權利要求1所述的多功能土壤電滲固結儀，其特征在于土 樣室外壁下端的基座和土樣室外壁上端的頂蓋由螺栓連接。
3、 根據權利要求1所述的多功能土壤電滲固結儀，其特征在于由 導電和透水性能良好材料金屬網和多孔金屬板制成上下電極均呈平板狀， 上隔板從上到下依次是承壓透水板、電極、濾紙，下隔板從上到下依次是 濾紙、電極、承壓透水板，上下兩電極平行且同時垂直于圓柱或棱柱筒的 軸向，土樣室橫斷面從上到下大小恒定。
4、 根據權利要求1所述的多功能土壤電滲固結儀，其特征在于土 樣室外壁可以是圓筒形或棱柱筒形。
全文摘要
一種多功能土壤電滲固結儀，一個由土樣室外壁、土樣室外壁下端的基座、土樣室外壁上端的頂蓋組成的土樣室，土樣室內有由濾紙、電極和承壓透水板組成的上下隔板，上隔板上有加載板，上下電極分別連接上下導線，基座上有排水管和排水口，加載板上有排水管和排水口。能夠進行電滲固結、加載固結及電滲與加載聯合固結；在土體中形成均勻穩定的一維電場，方便相關參數的計算；電滲方向、排水方向和土體變形方向一致，符合一維電滲固結理論，方便計算和分析。可以對試驗中的主要參數進行實時監測。能夠對電滲透系數、土體電阻率進行測定，使電滲加固設計更為科學合理。
文檔編號E02D3/00GK101634141SQ200910070278
公開日2010年1月27日 申請日期2009年8月28日 優先權日2009年8月28日
發明者劉天韻, 喻志發, 健 張, 曹永華, 朱耀庭, 朱勝利, 李立新, 楊京萬, 高志義 申請人:中交天津港灣工程研究院有限公司;中交第一航務工程局有限公司