專利名稱：雙向電滲固結儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及電滲領域，特別涉及一種雙向電滲固結儀，通過監測設備可以得到試樣中電勢和孔壓的實時分布情況，電流、出水量以及分層沉降值。
背景技術：
自1809年俄國學者Reuss首次發現電滲現象以來，電滲在理論和試驗等方面都有了很大的進展。hrig，Wan和Mitchell等人發展了電滲的一維固結理論，Cassagrand則首次將電滲法應用在實際工程中。國內在20世紀50年代末期對電滲降水和地基加固進行了試驗研究，并在實踐方面也取得了良好的效果。近年來，世界范圍內，沿海各種工業園區、人工島(飛機場)、旅游勝地、填砂護灘以及海岸防護工程日益增多。國外典型工程有新加坡裕廊島吹填工程，香港竹篙灣迪士尼公園填海工程，韓國釜山新集裝箱碼頭吹填工程，日本關西、神戶、中部等機場人工島吹填工程，以及中東迪拜的人工島巨大圍海吹填工程也相當引人注目。在我國此類工程則有澳門國際機場(人工島清淤拋填砂量0.61億m3)、香港國際機場(疏浚土方量2.4億m3)等，而且隨著港口建設的飛速發展，其他的沿海地區利用港池和航道疏浚土吹填造陸工程如雨后春筍般地不斷涌現。另外，沿海地區城市在如河流三角洲等軟土地基上進行的基礎建設施工也越來越多。這一類工程中，軟粘土的處理成為一個難題。我國沿海地區的工程建設中， 地基中常含有大量軟粘土，這類軟粘土具有含水量高、孔隙比大、滲透性小的工程性質，對工程建設會造成很大的安全隱患，因此必須對這類地基進行排水固結處理。采用傳統的排水固結法如堆載預壓固結等方法，初期效果可能比較明顯，但是后期效果不好，沉降緩慢。 另外還有尾礦、污泥等的處理也涉及到這種問題。土的水力滲透系數能夠從砂土的10_4cm/s 變化到粘土的10_9cm/s。當土的水力滲透系數小于10_7m/s時，采用傳統的排水法如預壓堆載法等對地基進行處理會變得很困難。而土體的電滲透系數基本落在10_5 10_4cm2/v · s 的較窄范圍內，這種低滲透率的土體就非常適合用電滲法進行處理。現有的電滲試驗儀器一般將陰極布置在下方，在土樣中形成從上到下的電滲流， 然后利用水的自重在儀器底部用量筒收集出水，也有儀器將陰極布置在中間而陽極分布在四周，形成從外向里的軸對稱電滲模型。但這些儀器都只能進行單向的電滲試驗，并且無法對土樣的分層沉降進行觀測。
發明內容
為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種雙向電滲固結儀，可以對不同土體試樣進行雙向電滲試驗，得到有效的電流、電勢、孔壓、出水量、分層沉降等數據，同時能對電滲過程中試樣內各項參數的實時變化情況進行監測，對電滲效果進行定量分析，得到有益的結論，以指導實際工程中電滲技術的應用和推廣。為了達到上述目的，本發明的技術方案是雙向電滲固結儀，包括一圓柱形試驗主筒5，主筒5上部設置有與之相適配的套筒3，在主筒5上與套筒3的連接處開有第一 0型圈槽11用于放置0型圈，主筒5與套筒3通過第一螺絲孔10固定，套筒3的上方設置有套筒管口 6，在主筒5筒壁一側的一條豎直線上的不同位置開有5個孔壓量測孔15，插有5個張力計17，5個張力計17與信號端相連，在主筒5筒壁對稱的另一側的一條豎直線上開有6個小孔，中間四個小孔為電勢測量孔16，電勢測量孔16插有電勢傳感器18，電勢傳感器18與電勢數據采集儀20信號端相連，最下面的小孔通過導線2接陰極板21至電流表27再連接至直流電源1，最上面的小孔則接陽極板 14再連接至直流電源1，孔壓數據采集儀19與電勢數據采集儀20與計算機觀相連，主筒5 下部設置有與之相適配的底座25，主筒5與底座25在連接處分別開有第二 0型圈槽22和第三0型圈槽M用于放置0型圈，主筒5底部、墊片23及底座25通過第二螺絲孔沈固定連接在一起。所述的主筒5內放置有試樣9，試樣9的上面依次布置有陰極板14、濾紙13、透水石12，套筒管口 6通過膠皮管7與量筒8相連通，主筒5內試樣9的下部依次布置有陽極板 21、濾紙13、透水石12，透水石下方放置不透水墊片23。所述的主筒5內放置有試樣9，試樣9的上面依次布置有陽極板21、濾紙13、透水石12，主筒5內試樣9的下部依次布置有陰極板14、濾紙13、透水石12，透水石12下方放置可透水墊片四，底座25上的水平排水管30通過膠皮管7與洗氣瓶31連接相通，洗氣瓶的另外一根導管通過膠皮管與真空泵32連接。所述的透水石12、陽極板14、陰極板21、試樣9均同軸布置，張力計17、電勢傳感器18插入后與試樣9垂直，且隨著試樣9的沉降而向下移動。本發明具有以下功能1、能夠對不同試樣進行電滲試驗，試驗中能實時監測各項參數，主要包括電流、電勢、孔壓、出水量、分層沉降。對出水量、沉降的觀測結果能對電滲效果進行定量評價，對電流的觀測結果能對能耗進行定量評價，對電勢和孔壓的觀測能對電滲的影響進行評價，得到有益的結果以更好的指導電滲在實際工程中的應用。2、電流通過串聯的電流表測得，電勢和孔壓通過傳感器和采集儀直接顯示并儲存在電腦上，整個量測系統自動化程度較高。3、可進行陰極在上和陰極在下的雙向電滲試驗，對于電極反轉類試驗具有較好的操作性。4、除了進行電滲固結試驗，也可以對被污染試樣進行電滲試驗，觀測并分析結果； 通過側壁的小孔，可以在電滲結束后從土樣中取得溶液樣本進行化學分析，觀察電滲對污染物運移的影響。
五
圖1是本發明陰極在上的示意圖；圖2是本發明陰極在下的示意圖；圖3是底座25剖面圖；圖4是陽、陽極板示意圖，圖如為陽極板示意；圖4a為陽極板示意；圖5是不透水墊片23示意圖。
圖6是可透水墊片四示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步說明。參照圖1、圖3、當進行陰極在上陽極在下的電滲固結試驗時，所采用的雙向電滲固結儀，包括一圓柱形試驗主筒5，主筒5上部設置有與之相適配的套筒3，在主筒5上與套筒3的連接處開有第一 0型圈槽11用于放置0型圈，主筒5與套筒3通過第一螺絲孔10固定，主筒5內試樣9的上面依次布置有陰極板14、濾紙13、透水石12，套筒3的上方設置有套筒管口 6，套筒管口 6通過膠皮管7與量筒8相連通，在主筒5筒壁一側的一條豎直線上的不同位置開有5個孔壓量測孔15，插有5個張力計17，5個張力計17與信號端相連，在主筒5筒壁對稱的另一側的一條豎直線上開有6個小孔，中間四個小孔為電勢測量孔16插有電勢傳感器18，電勢傳感器18與電勢數據采集儀20信號端相連，最下面的小孔通過導線2 接陰極板21至電流表27再連接至直流電源1，最上面的小孔則接陽極板14再連接至直流電源1，孔壓數據采集儀19與電勢數據采集儀20與計算機觀相連，主筒5下部設置有與之相適配的底座25，主筒5與底座25在連接處分別開有第二 0型圈槽22和第三0型圈槽M 用于放置0型圈，主筒5內試樣9的下部依次布置有陽極板21、濾紙13、透水石12，透水石下方放置不透水墊片23，主筒5底部、不透水墊片23及底座25通過第二螺絲孔沈固定連接在一起。參照圖2、圖3、，當進行陰極在下的電滲試驗時，所采用的雙向電滲固結儀，包括一圓柱形試驗主筒5，主筒5上部設置有與之相適配的套筒3，在主筒5上與套筒3的連接處開有第一 0型圈槽11用于放置0型圈，主筒5與套筒3通過第一螺絲孔10固定，主筒5 內試樣9的上面依次布置有陽極板21、濾紙13、透水石12，套筒3的上方設置有套筒管口 6，在主筒5筒壁一側的一條豎直線上的不同位置開有5個孔壓量測孔15，插有5個張力計 17，5個張力計17與信號端相連，在主筒5筒壁對稱的另一側的一條豎直線上開有6個小孔，中間四個小孔為電勢測量孔16插有電勢傳感器18，電勢傳感器18與電勢數據采集儀 20信號端相連，最下面的小孔通過導線2接陰極板21至電流表27再連接至直流電源1，最上面的小孔則接陽極板14再連接至直流電源1，孔壓數據采集儀19與電勢數據采集儀20 與計算機觀相連，主筒5下部設置有與之相適配的底座25，主筒5與底座25在連接處分別開有第二 0型圈槽22和第三0型圈槽M用于放置0型圈，主筒5內試樣9的下部依次布置有陰極板14、濾紙13、透水石12，透水石12下方放置可透水墊片四，主筒5底部、墊片 23及底座25通過第二螺絲孔沈固定連接在一起，底座25上的水平排水管30通過膠皮管 7與洗氣瓶31連接相通，洗氣瓶的另外一根導管通過膠皮管與真空泵32連接。整個裝置都用絕緣材料制作而成，利用有機玻璃為材料制作圓柱形試驗主筒5，0 型圈則能很好的解決連接各連接部位的止水問題。在套筒3上一定高度位置開有一個套筒管口 6，試驗之前在套筒3中加水至套筒管口 6，該裝置能用于收集電滲出水。從理論上來說，電滲過程中土樣總體積不變，由于土體固結沉降所排出的水會在陰極處累積但不會溢出，然而，利用該裝置進行電滲試驗發現仍有部分水會溢出，因此這樣一個套筒管口 6是必要的；在底座25上開有另外一個水平排水管30，連接到洗氣瓶31，洗氣瓶31另一導管連接到真空泵32，這個裝置主要用于陰極在下的電滲試驗中，作用是收集電滲出水。在主筒25 上不同深度的位置，有相應的劃線標志，以便對沉降進行監測，主筒25的內壁上涂有一定量的機油，以減小試樣9與筒壁的摩擦；布置好電勢傳感器18和導線之后，用玻璃膠將小孔密封并靜置一段時間待其凝固止水，參照圖4，電極板為2mm厚的圓形銅板，上面無規則的分布著小孔以便透水。在連接至電源的導線中，串聯有一個高靈敏度的電流表27，以實時監測試樣中的電流。參照圖5、圖6，當進行陰極在上陽極在下的電滲試驗時，使用不透水墊片23，待裝樣完成、電極板安裝好之后，在上部套筒3中加水至套筒管口 6處，量筒8收集電滲過程的出水；當進行陰極在下陽極在上的電滲試驗時，使用可透水墊片29，并將底座上的水平管口連接到洗氣瓶并將洗氣瓶與真空泵連接，隔段時間打開真空泵32進行集水并量測水量， 之后關閉真空泵32。本發明的具體操作過程1)安裝儀器根據試驗類型，陰極在上試驗或者陰極在下試驗，下面以陰極在上試驗為例，確定采用不透水墊片或者透水墊片。將套筒6、主筒5、墊片、底座25通過固緊螺絲組裝，在接觸處的0型圈槽中放入0型圈。在主筒底部從下到上依次布置透水石12、濾紙13、陽極板14， 透水石12在安裝前要用水濕潤，將底部陰極板21與電流表27串聯并連接到直流電源1正極。2)安裝電勢傳感器18將已標定好的張力計17和電勢傳感器18通過主筒側壁的小孔插入主筒中并將其與電源和數據采集儀19、20連接，將數據采集儀連接到電腦觀并進行調試，確定可以正常工作，裝好后，將小孔用玻璃膠密封，并放置一段時間使玻璃膠凝固。3)填入土樣根據試驗需要，取用一定量的土，通過分層填入和擊錘壓密等方式配置成一定干密度的土樣，填入土樣之前，還要在主筒內壁涂抹一定量的機油。在每一層土樣的表面靠近筒壁處放置一小片深色不透水膠片與主筒5外壁的標記線對齊，以便觀察不同深度土樣的沉降。土樣填至主筒頂部后，依次在土樣上放置陰極電極板、濾紙、透水石(提前潤濕)，并將電極板連接到電源負極。4)安裝量水裝置在套筒3中加入一定量的水至套筒管口 6處，并將套筒管口 6通過膠皮管連接通至量筒8，用密封膜將套筒上部密封。5)檢查線路，開始試驗。6)若進行陰極在下試驗，則將不透水墊片1換為透水墊片2，并將底座上的水平管口連接到洗氣瓶，將洗氣瓶31與真空泵32連接。采集儀、計算機、電流表將得到的電流、電勢、孔壓、出水量、分層沉降等數據進行定量分析，得到有益的結論，以指導實際工程中電滲技術的應用和推廣，同時能對電滲過程中試樣內各項參數的實時變化情況進行監測。
權利要求
1.雙向電滲固結儀，其特征在于，包括一圓柱形試驗主筒(5)，主筒( 上部設置有與之相適配的套筒(3)，在主筒( 上與套筒C3)的連接處開有第一0型圈槽(11)用于放置0 型圈，主筒( 與套筒C3)通過第一螺絲孔(10)固定，套筒C3)的上方設置有套筒管口(6)， 在主筒( 筒壁一側的一條豎直線上的不同位置開有5個孔壓量測孔(15)，插有5個張力計(17)，5個張力計(17)與信號端相連，在主筒( 筒壁對稱的另一側的一條豎直線上開有6個小孔，中間四個小孔為電勢測量孔(16)，電勢測量孔(16)插有電勢傳感器(18)，電勢傳感器(18)與電勢數據采集儀00)信號端相連，最下面的小孔通過導線( 接陰極板(21)至電流表(XT)再連接至直流電源(1)，最上面的小孔則接陽極板(14)再連接至直流電源(1)，孔壓數據采集儀(19)與電勢數據采集儀00)與計算機08)相連，主筒(5)下部設置有與之相適配的底座(25)，主筒(5)與底座0 在連接處分別開有第二 0型圈槽(22)和第三0型圈槽04)用于放置0型圈，主筒(5)底部、墊片03)及底座05)通過第二螺絲孔06)固定連接在一起。
2.根據權利要求1所述的雙向電滲固結儀，其特征在于，所述的主筒(5)內放置有試樣(9)，試樣(9)的上面依次布置有陰極板(14)、濾紙(13)、透水石(12)，套筒管口(6)通過膠皮管⑵與量筒⑶相連通，主筒(5)內試樣(9)的下部依次布置有陽極板(21)、濾紙 (13)、透水石(12)，透水石下方放置不透水墊片03)。
3.根據權利要求1所述的雙向電滲固結儀，其特征在于，所述的主筒( 內放置有試樣 (9)，試樣(9)的上面依次布置有陽極板(21)、濾紙(13)、透水石(12)，主筒(5)內試樣(9) 的下部依次布置有陰極板(14)、濾紙(13)、透水石(12)，透水石(1 下方放置可透水墊片 ( )，底座0 上的水平排水管(30)通過膠皮管(7)與洗氣瓶(31)連接相通，洗氣瓶的另外一根導管通過膠皮管與真空泵(3 連接。
4.根據權利要求2或3所述的雙向電滲固結儀，其特征在于，所述的透水石(12)、陽極板(14)、陰極板(21)、試樣(9)均同軸布置，張力計(17)、電勢傳感器(18)插入后與試樣 (9)垂直，且隨著試樣(9)的沉降而向下移動。
全文摘要
雙向電滲固結儀，主筒中的試樣上部和下部放置電極板并通過電源在試樣中形成豎向的均勻一維電場，主筒側壁對稱的兩條邊上分別開有孔壓量測孔和電勢量測孔，張力計和電勢傳感器通過這些孔插入試樣并與數據采集儀相連，數據采集儀直接與電腦連接，可以記錄并儲存數據，在連接電源的導線上串聯有精密電流表，在主筒側壁不同高度有標記線以進行沉降測量，本發明可以對不同土體試樣進行雙向電滲試驗，得到有效的電流、電勢、孔壓、出水量、分層沉降等數據，同時能對電滲過程中試樣內各項參數的實時變化情況進行監測，對電滲效果進行定量分析，得到有益的結論，以指導實際工程中電滲技術的應用和推廣。
文檔編號G01N27/00GK102507652SQ201110299860
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者吳輝, 胡黎明 申請人:清華大學