一種電滲聯(lián)合氣壓劈裂裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種電滲聯(lián)合氣壓劈裂裝置。本裝置在電滲裝置的基礎(chǔ)上，將陽(yáng)極與外接氣壓源相連，并在陽(yáng)極底部的1/2以內(nèi)打設(shè)噴氣孔，由此陽(yáng)極同時(shí)作為噴氣管，陰極進(jìn)入待處理軟粘土部分設(shè)有排水孔，由此陰極同時(shí)作為排水管。本裝置電極采用平行錯(cuò)位布置形式。本工藝是在電滲進(jìn)行12～30小時(shí)后通過(guò)陽(yáng)極向軟粘土中噴氣，氣壓控制在250kPa～400kPa，持續(xù)時(shí)間為10～20分鐘，之后每四小時(shí)重復(fù)噴射一次高壓氣。本實(shí)用新型的有益效果：1）相同時(shí)間處理等體積同一批軟粘土，電滲聯(lián)合氣壓劈裂技術(shù)比單純電滲技術(shù)排水量、土的抗剪強(qiáng)度都增加10~16%；2）電滲聯(lián)合氣壓劈裂技術(shù)比單純電滲技術(shù)更利于深部土體的排水固結(jié)。
【專利說(shuō)明】一種電滲聯(lián)合氣壓劈裂裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及軟土地基處理的一種電滲聯(lián)合氣壓劈裂裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電滲法是通過(guò)在插入土體中的電極上施加電場(chǎng)來(lái)加速排水固結(jié)的一種地基處理方法。在電場(chǎng)的作用下，土體中的水從陽(yáng)極流向陰極，并在陰極排出。電滲法由于其排水速率與土的水力滲透系數(shù)無(wú)關(guān)，而與其電滲滲透系數(shù)有關(guān)，因而對(duì)于處理淤泥、吹填土等含水量高、水力滲透系數(shù)低的土有較好的適用性，近年來(lái)受到重視。然而，電滲法能耗高、經(jīng)濟(jì)效益差、對(duì)深層土體處理效果欠佳，這些缺點(diǎn)限制了電滲法的進(jìn)一步發(fā)展。
[0003]氣壓劈裂是指巖土體在高壓氣體作用下產(chǎn)生裂隙并發(fā)展的過(guò)程。早在20世紀(jì)80年代，在環(huán)境工程中就已采用氣壓劈裂技術(shù)在巖土體中形成裂隙，增加流體的流動(dòng)通道，提高低滲透性土體的滲透性能。
[0004]將電滲與劈裂相結(jié)合，主要是考慮到兩方面:1.前期試驗(yàn)表明，電滲過(guò)程中土體會(huì)產(chǎn)生大量裂縫，裂縫可分為有效裂縫和有害裂縫，連接陰陽(yáng)極的裂縫有助于排水，為有效裂縫，橫斷陰陽(yáng)極的裂縫阻斷了電場(chǎng)，不利于電滲，為有害裂縫。如果能利用氣壓劈裂使土體定向地產(chǎn)生有效裂縫，可有效地提高電滲效率。2.利用劈裂技術(shù)可提高對(duì)深層土的處理效果，這是由于一方面可利用氣壓劈裂對(duì)深層土體施加圍壓，增大超靜孔壓，另一方面，氣壓劈裂造成的裂縫可為超靜孔壓的快速消散提供通道，有助于排水。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電滲聯(lián)合氣壓劈裂裝置。
[0006]電滲聯(lián)合氣壓劈裂裝置包括模型箱、穩(wěn)壓電源、導(dǎo)線、多個(gè)陽(yáng)極、多個(gè)陰極、陽(yáng)極固定裝置、外接氣壓源、氣管、氣管接頭、上覆砂、待處理軟粘土、接水容器；陽(yáng)極和陰極以平行錯(cuò)位方式布置，模型箱上端縱向設(shè)有陽(yáng)極固定裝置，多個(gè)陽(yáng)極固定在陽(yáng)極固定裝置上，模型箱底部陽(yáng)極固定裝置兩側(cè)設(shè)有兩排陰極固定及排水螺紋孔，陰極固定及排水螺紋孔上設(shè)有陰極固定及排水管，陰極固定及排水管端部設(shè)有與陰極固定及排水螺紋孔相配合的外螺紋，多個(gè)陰極插入陰極固定及排水管，模型箱內(nèi)下部填充待處理軟粘土，模型箱內(nèi)上部填充上覆砂，陽(yáng)極進(jìn)入待處理軟粘土底部的1/2以內(nèi)設(shè)有噴氣孔，每個(gè)噴氣孔正對(duì)一個(gè)陰極，陰極進(jìn)入待處理軟粘土處設(shè)有排水孔，多個(gè)陽(yáng)極通過(guò)導(dǎo)線與穩(wěn)壓電源正極相連，多個(gè)陽(yáng)極通過(guò)氣管、氣管接頭與外接氣壓源相連，多個(gè)陰極通過(guò)導(dǎo)線與穩(wěn)壓電源負(fù)極相連，多個(gè)陰極下方設(shè)有接水容器。
[0007]所述的陽(yáng)極、陰極為金屬管。所述的陰極采用的金屬管內(nèi)套土工濾膜。
[0008]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有有益效果:
[0009]I)相同時(shí)間處理等體積同一批軟粘土，電滲聯(lián)合氣壓劈裂技術(shù)比單純電滲技術(shù)排水量、土的抗剪強(qiáng)度都增加10-16% ；
[0010]2)電滲聯(lián)合氣壓劈裂技術(shù)比單純電滲技術(shù)更利于深部土體的排水固結(jié)。【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是電滲聯(lián)合氣壓劈裂裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是本實(shí)用新型的陽(yáng)極、陰極布置平面圖，實(shí)心圓代表陽(yáng)極，空心圓代表陰極；
[0013]圖3是電滲一堆載試驗(yàn)、電滲一堆載聯(lián)合氣壓劈裂試驗(yàn)總排水量累計(jì)曲線；
[0014]圖中，模型箱1、穩(wěn)壓電源2、導(dǎo)線3、陽(yáng)極4、陰極5、陽(yáng)極固定裝置6、外接氣壓源7、氣管8、氣管接頭9、上覆砂10、待處理軟粘土 11、接水容器12。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1所示，電滲聯(lián)合氣壓劈裂裝置包括模型箱1、穩(wěn)壓電源2、導(dǎo)線3、多個(gè)陽(yáng)極
4、多個(gè)陰極5、陽(yáng)極固定裝置6、外接氣壓源7、氣管8、氣管接頭9、上覆砂10、待處理軟粘土
11、接水容器12 ;多個(gè)陽(yáng)極4和多個(gè)陰極5以平行錯(cuò)位方式布置，模型箱I上端縱向設(shè)有陽(yáng)極固定裝置6，多個(gè)陽(yáng)極4固定在陽(yáng)極固定裝置6上，模型箱I底部陽(yáng)極固定裝置6兩側(cè)設(shè)有兩排陰極固定及排水螺紋孔，陰極固定及排水螺紋孔上設(shè)有陰極固定及排水管，陰極固定及排水管端部設(shè)有與陰極固定及排水螺紋孔相配合的外螺紋，多個(gè)陰極5插入陰極固定及排水管，模型箱I內(nèi)下部填充待處理軟粘土 11，模型箱I內(nèi)上部填充上覆砂10，陽(yáng)極4進(jìn)入待處理軟粘土 11底部的1/2以內(nèi)設(shè)有個(gè)噴氣孔，每個(gè)噴氣孔正對(duì)一個(gè)陰極5，陰極5進(jìn)入待處理軟粘土 11處設(shè)有排水孔，多個(gè)陽(yáng)極4通過(guò)導(dǎo)線3與穩(wěn)壓電源2正極相連，多個(gè)陽(yáng)極4通過(guò)氣管8、氣管接頭9與外接氣壓源7相連，多個(gè)陰極5通過(guò)導(dǎo)線3與穩(wěn)壓電源2負(fù)極相連，多個(gè)陰極5下方設(shè)有接水容器12。
[0016]所述的陽(yáng)極4、陰極5為金屬管。所述的陰極5采用的金屬管內(nèi)套土工濾膜。
[0017]電滲聯(lián)合氣壓劈裂工藝的步驟如下:
[0018]I)將陰極固定及排水管旋入陰極固定及排水螺紋孔，多個(gè)陰極5插入陰極固定及排水管，利用陽(yáng)極固定裝置6將多個(gè)陽(yáng)極4固定在模型箱I上；
[0019]2)將待處理軟粘土 11分層填充至模型箱I中，每填充一層后壓實(shí)，使所填充的軟粘土處于密實(shí)狀態(tài)，如此反復(fù)直至模型箱內(nèi)軟粘土高度達(dá)到設(shè)計(jì)處理高度；
[0020]3)將上覆砂10均勻地鋪在待處理軟粘土 11上；
[0021]4)用導(dǎo)線3將陽(yáng)極4、陰極5分別與穩(wěn)壓電源2的正負(fù)極串聯(lián)，用氣管8、氣管接頭9將陽(yáng)極4與外接氣壓源7相連；
[0022]5)開啟穩(wěn)壓電源2，以lV/cm?2 V/cm的電壓梯度在陽(yáng)極4與陰極5之間通入穩(wěn)壓直流電；
[0023]6)通電過(guò)程中每四小時(shí)測(cè)量一次排水體積，并繪制累計(jì)排水體積曲線圖；
[0024]7)通電12到30小時(shí)后，打開外接氣壓源7，向待處理軟粘土 11中噴射高壓氣，氣壓控制在200kPa?400kPa，持續(xù)時(shí)間為10?20分鐘，然后關(guān)閉外接氣壓源7，之后每四小
時(shí)重復(fù)噴射一次高壓氣；
[0025]8)當(dāng)累計(jì)排水體積曲線圖接近水平時(shí)關(guān)閉穩(wěn)壓電源2。
[0026]實(shí)施例:
[0027]試驗(yàn)方案
[0028]所用模型箱尺寸為700\300\400111111(外邊緣)。電極材料采用鋁管。試驗(yàn)過(guò)程中，陽(yáng)極同時(shí)作為噴氣管，陽(yáng)極長(zhǎng)450mm,外徑16mm,內(nèi)徑IOmm,在底部50mm處和150mm處打直徑2mm小孔。陰極長(zhǎng)450mm,外徑24mm,內(nèi)徑18mm,底部300mm內(nèi)均勻分布直徑4 mm的小孔。電極的布置形式采用平行錯(cuò)位布置，同性電極間間距為200 _，異性電極間距為141_。
[0029]設(shè)置一組對(duì)照試驗(yàn)，即比較電滲-堆載聯(lián)合劈裂、電滲-堆載這兩種情況。電滲-堆載聯(lián)合劈裂試驗(yàn)步驟如下:
[0030]I)將陰極固定及排水管旋入陰極固定及排水螺紋孔，多個(gè)陰極5插入陰極固定及排水管，利用陽(yáng)極固定裝置6將多個(gè)陽(yáng)極4固定在模型箱I上；
[0031]2)將待處理軟粘土 11以每層5cm厚分層填充至模型箱I中，每填充一層后壓實(shí)，使所填充的軟粘土處于密實(shí)狀態(tài)，如此反復(fù)直至模型箱內(nèi)軟粘土高度達(dá)到27cm ；
[0032]3)將14.7kg上覆砂10均勻地鋪在待處理軟粘土 11上；
[0033]4)用導(dǎo)線3將陽(yáng)極4、陰極5分別與穩(wěn)壓電源2的正負(fù)極串聯(lián)，用氣管8、氣管接頭9將陽(yáng)極4與外接氣壓源7相連；
[0034]5 )開啟穩(wěn)壓電源2,在陽(yáng)極4與陰極5之間通入15V穩(wěn)壓直流電；
[0035]6)通電過(guò)程中每四小時(shí)測(cè)量一次排水體積，并繪制累計(jì)排水體積曲線圖；
[0036]7)通電24小時(shí)后，打開外接氣壓源7，向待處理軟粘土 11中噴射高壓氣，氣壓控制在200kPa~400kPa，持續(xù)時(shí)間為15分鐘，然后關(guān)閉外接氣壓源7，之后每四小時(shí)重復(fù)噴
射一次高壓氣；
[0037]8)通電96 h后，累計(jì)排水體積曲線圖接近水平，關(guān)閉穩(wěn)壓電源2 ; [0038]9)取不同位置處的土體測(cè)定含水量、抗剪強(qiáng)度。
[0039]電滲-堆載試驗(yàn)步驟與電滲-堆載聯(lián)合劈裂類似，只是省去第7步。
[0040]試驗(yàn)結(jié)果
[0041]試驗(yàn)前土體處于流塑狀態(tài)，抗剪強(qiáng)度為O。試驗(yàn)結(jié)束后，分別測(cè)定了模型箱中表層、中層、底層各陰極和陽(yáng)極附近土的抗剪強(qiáng)度，見(jiàn)表1?？芍?無(wú)論是陽(yáng)極附近還是陰極附近，無(wú)論是表層、中層還是底層，電滲一堆載聯(lián)合氣壓劈裂試驗(yàn)后土的抗剪強(qiáng)度均高于電滲一堆載試驗(yàn)的，電滲一堆載處理后土的抗剪強(qiáng)度平均值為4.387kPa，而電滲一堆載聯(lián)合氣壓劈裂試驗(yàn)后土的抗剪強(qiáng)度平均值為5.133kPa，比前者提高16.9% ;相較電滲一堆載試驗(yàn)，電滲一堆載聯(lián)合氣壓劈裂試驗(yàn)后表層、中層和底層土的抗剪強(qiáng)度分別提高16.8%、5.1%、34.6%，這說(shuō)明電滲一堆載聯(lián)合氣壓劈裂試驗(yàn)對(duì)于深層土體有較好的處理效果。
[0042]表1試驗(yàn)后土的抗剪強(qiáng)度
[0043]
抗酋強(qiáng)If(kPa)陽(yáng)極陰極表層中層底層總體電滲一堆栽 5—600^ ^ 7S ^ J.Q4JS03-240 4..3 S 7電滲一堆載聯(lián)合氣壓劈裂6.M74 .Π! 6.1204.9204.360 5.133
[0044]試驗(yàn)結(jié)束后，分別測(cè)定了模型箱表層、中層、底層土的含水量，如表。測(cè)得電滲一堆載試驗(yàn)中土的含水量從67.57%降低到46.42%，降低21.15%，電滲一堆載聯(lián)合氣壓劈裂試驗(yàn)中土的含水量從68.21%降低到45.13%，降低23.08%。僅從含水量的降低情況來(lái)看，電滲一堆載聯(lián)合氣壓劈裂試驗(yàn)比電滲一堆載試驗(yàn)雖然有所改善，但是相差不大。這主要是由于含水量的測(cè)量與取土位置關(guān)系很大，不同取土的位置含水量差別很大，而取土位置很難把握。由于兩次試驗(yàn)采用的是同一批土，初始含水量基本相同，且處理體積相等，因此，排水量是評(píng)價(jià)氣壓劈裂對(duì)于電滲效果影響的最為直觀的參數(shù)。
[0045]表2試驗(yàn)前后土的含水量
[0046]
【權(quán)利要求】
1.一種電滲聯(lián)合氣壓劈裂裝置，其特征在于包括模型箱(I)、穩(wěn)壓電源(2)、導(dǎo)線(3)、多個(gè)陽(yáng)極(4)、多個(gè)陰極(5)、陽(yáng)極固定裝置(6)、外接氣壓源(7)、氣管(8)、氣管接頭(9)、上覆砂(10)、待處理軟粘土(11)、接水容器(12);多個(gè)陽(yáng)極(4)和多個(gè)陰極(5)以平行錯(cuò)位方式布置，模型箱(I)上端縱向設(shè)有陽(yáng)極固定裝置(6)，多個(gè)陽(yáng)極(4)固定在陽(yáng)極固定裝置(6)上，模型箱(I)底部陽(yáng)極固定裝置(6)兩側(cè)設(shè)有兩排陰極固定及排水螺紋孔，陰極固定及排水螺紋孔上設(shè)有陰極固定及排水管，陰極固定及排水管端部設(shè)有與陰極固定及排水螺紋孔相配合的外螺紋，多個(gè)陰極(5)插入陰極固定及排水管，模型箱(I)內(nèi)下部填充待處理軟粘土(11)，模型箱(I)內(nèi)上部填充上覆砂(10)，陽(yáng)極(4)進(jìn)入待處理軟粘土(11)底部的1/2以內(nèi)設(shè)有個(gè)噴氣孔，每個(gè)噴氣孔正對(duì)一個(gè)陰極(5)，陰極(5)進(jìn)入待處理軟粘土(11)處設(shè)有排水孔，多個(gè)陽(yáng)極(4)通過(guò)導(dǎo)線(3)與穩(wěn)壓電源(2)正極相連，多個(gè)陽(yáng)極(4)通過(guò)氣管(8)、氣管接頭(9)與外接氣壓源(7)相連，多個(gè)陰極(5)通過(guò)導(dǎo)線(3)與穩(wěn)壓電源(2)負(fù)極相連，多個(gè)陰極(5)下方設(shè)有接水容器(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電滲聯(lián)合氣壓劈裂裝置，其特征在于所述的陽(yáng)極(4)、陰極(5)為金屬管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電滲聯(lián)合氣壓劈裂裝置，其特征在于所述的陰極(5)采用的金屬管內(nèi)套土工濾膜。
【文檔編號(hào)】E02D3/11GK203383203SQ201320408970
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月10日
【發(fā)明者】周建, 胡平川, 李一雯, 龔曉南, 陳宇翔 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)