多功能真空預壓固結實驗裝置以及密閉式真空預壓實驗的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種巖土工程試驗儀器制造技術領域的多功能真空預壓固結實驗裝置。本發明還提供了采用上述多功能真空預壓固結實驗裝置進行密閉式真空預壓實驗的方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國沿海產業帶的開發建設，土地需求數量持續增加，通過人工吹填海涂淤泥進行圍海造地是解決土地資源緊缺最為有效的方法。吹填土地基是典型的超軟土地基，它具有超高含水率呈流動狀、高壓縮性、高孔隙比、結構性極差、強度和承載力極低等不利的工程特性，必須對其進行加固處理，才能滿足相應的房屋建筑、道路交通及廠房用地等后續工程建設的需要。目前，已產生了無砂墊層技術、直排式真空預壓技術、長短板聯合真空預壓技術、密閉直抽分段式等工法，為真空預壓技術的大規模工程應用奠定了基礎。增壓式真空預壓技術方面有專利I (CN201272966)和專利2 (CN101418566)中金亞偉等提出增壓真空預壓固結處理軟土地基/尾礦渣/湖泊淤泥裝置和增壓真空預壓固結處理軟土地基/尾礦渣/湖泊淤泥的方法，即塑料排水板間設置增壓濾管。當常規真空預壓固結度達40%后，增壓濾管通過增壓泵壓縮空氣開始向土體輸送氣壓。土體中心正氣壓增加(壓力增至20 kPa)，土體中心與排水板壓力差增加，使真空預壓的加固效果得到明顯改善。然而，目前尚未見到相關專利對此進行室內實驗設計，本試驗裝置考慮到排水板變形對真空預壓加固效果的影響，故采用支架卡槽固定排水板形狀進行真空預壓試驗，同時又可以滿足密閉式真空預壓驗、增壓式真空預壓、正負壓循環式真空預壓、堆載預壓等室內實驗需求。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種多功能真空預壓固結實驗裝置，該實驗裝置結構簡單、操作方便、可視性強且可適用于多種真空預壓試驗研究。本發明所要解決的技術問題還包括提供一種采用上述多功能真空預壓固結實驗裝置進行密閉式真空預壓實驗的方法。
[0004]為達到上述發明目的，解決現有技術問題，本發明采用以下技術方案:
多功能真空預壓固結實驗裝置，包括真空預壓固結腔室，真空預壓固結腔室由剛性透明套筒、頂板和底座構成，所述剛性透明套筒包括上套筒、中上套筒、中下套筒和下套筒，上套筒上端嵌入到頂板的頂板套筒槽中，下套筒的下端嵌入到底座的底座套筒槽中，所述上套筒、中上套筒、中下套筒、下套筒之間通過套筒端部設置有的成對設置的凸起和凹槽進行卡合對接，所述頂板、上套筒、中上套筒、中下套筒、下套筒和底座依次對接之處還設置有密封裝置，所述頂板和底座的直徑大于所述預壓固結腔室的直徑，所述頂板和底座向外突出于預壓固結腔室外的外沿采用軸向夾緊構件夾緊；頂板上開設有真空抽氣孔、大氣通氣孔、氣壓測量孔、增壓孔和沉降測量孔，所述氣壓測量孔與真空表連接，所述真空抽氣孔通過閥門與真空泵相連，所述豎向位移孔與頂板軸向滑動密封配合，所述增壓孔通過閥門與增壓泵連接；所述真空預壓固結腔室內豎向架設有塑料排水帶，塑料排水帶通過管道與外部的收集系統連接，所述真空預壓固結腔室內配置有用于覆蓋實驗土體上表面的高強預壓膜和用于測量實驗土體沉降位移的沉降位移測量系統，沉降位移測量系統包括位移測量裝置和豎向位移刻度尺，豎向位移刻度尺豎向架設于所述真空預壓固結腔室內，所述位移測量裝置包括相互固定的圓形盤和垂直于圓形盤的豎向桿，豎向桿上橫向設置有與豎向桿垂直的水平伸臂，所述位移測量裝置穿過頂板上開設的沉降位移測量孔，位移測量裝置上的圓形盤處于高強預壓膜上表面，所述水平伸臂構件旋轉至與豎向位移刻度尺接觸的位置。
[0005]本發明還提供了采用上述多功能真空預壓固結實驗裝置進行密閉式真空預壓實驗的第一種方法，包括以下步驟:
1)打開頂板，將下端排水帶固定架放于下套筒卡銷下部，并且讓排水帶固定架的卡槽對準卡銷，防止排水帶固定架沿卡銷轉動，將塑料排水帶下端固定在下端排水帶固定架上，同樣的方法將上端排水帶固定架放置在上套筒卡銷上端，將排水帶上端固定在上端排水帶固定架上，留出多余的排水帶長度，將單手板接頭與排水帶頂端相連，裝入土樣，直至真空預壓固結腔室的9/10，保證單手板接頭全部埋入土中；
2)鋪好高強預壓膜，在儀器內部留出足夠的冗余長度，將高強預壓膜上的氣壓測量接口通過管路與頂板的氣壓測量孔相連，氣壓測量孔連接真空表。高強預壓膜的排水孔通過管路與真空抽氣孔相連，真空抽氣孔通過管路與三通接口相連，三通接口的一個分支管路通過閥門與錐形瓶相連，錐形瓶瓶塞上一孔與真空表相連，另一孔與真空泵相連，三通接口另一個分支管路通過閥門與增壓泵相連；
3)將位移測量裝置穿過頂板上開設的沉降位移測量孔，位移測量裝置上小的圓形鋼板與高強預壓膜上表面接觸，將水平伸臂構件旋轉至與豎向位移刻度尺9接觸的位置；
4)將頂板與底座通過軸向夾緊構件進行夾緊固定；
5)頂板上增壓空通過閥門與穩壓器相連，穩壓器通過閥門與微型計算機相連，穩壓器進口與增壓泵相連；
6)保持大氣通氣孔敞開，關閉三通接口與增壓泵相連的分支管路閥門，打開與真空泵相連的分支管路閥門，開啟真空泵進行真空預壓固結試驗。真空壓力控制在85kPa左右。
[0006]本發明還提供了采用上述多功能真空預壓固結實驗裝置進行密閉式真空預壓實驗的第二種方法，包括以下步驟:
1)打開頂板，將下端排水帶固定架放于下套筒卡銷下部，并且讓排水帶固定架的卡槽對準卡銷，防止排水帶固定架沿卡銷轉動，將塑料排水帶下端固定在下端排水帶固定架上，同樣的方法將上端排水帶固定架放置在上套筒卡銷上端，將排水帶上端固定在上端排水帶固定架上，留出多余的排水帶長度，將單手板接頭與排水帶頂端相連，裝入土樣，直至真空預壓固結腔室的9/10，保證單手板接頭全部埋入土中；
2)打設一根增壓濾管，所述的增壓濾管由螺旋形彈性支撐架和濾布組成，增壓濾管前端上旋接有錐形封頭，最末節增壓濾管后端旋接有法蘭，細軟管的一端與法蘭相連，穿過氣壓測量孔與氣壓控制器相連，氣壓控制器的一側與增壓泵相連，通過氣壓控制器可以控制實驗所需的氣壓大小，此時應打開氣壓控制器與法蘭相連的閥門，注意應在真空預壓后期土體沉降基本穩定后開啟增壓系統；然后鋪好高強預壓膜，在儀器內部留出足夠的冗余長度，將高強預壓膜上的氣壓測量接口通過管路與頂板的氣壓測量孔相連，氣壓測量孔連接真空表；高強預壓膜的排水孔通過管路與真空抽氣孔相連，真空抽氣孔7通過管路與三通接口相連，三通接口的一個分支管路通過閥門與錐形瓶相連，錐形瓶瓶塞上一孔與真空表相連，另一孔與真空泵相連，三通接口另一個分支管路通過閥門與增壓泵相連；
3)將位移測量裝置穿過頂板上開設的沉降位移測量孔，位移測量裝置上小的圓形鋼板與高強預壓膜上表面接觸，將水平伸臂構件旋轉至與豎向位移刻度尺接觸的位置；
4)將頂板與底座通過軸向夾緊構件進行夾緊固定；
5)頂板上增壓空通過閥門與穩壓器相連，穩壓器通過閥門與微型計算機相連，穩壓器進口與增壓泵相連；
6)保持大氣通氣孔敞開，關閉三通接口與增壓泵相連的分支管路閥門，打開與真空泵相連的分支管路閥門，開啟真空泵進行真空預壓固結試驗；真空壓力控制在85kPa左右。
[0007]本發明還提供了采用上述多功能真空預壓固結實驗裝置進行密閉式真空預壓實驗的第三種方法，包括以下步驟:
1)打開頂板，將下端排水帶固定架放于下套筒卡銷下部，并且讓排水帶固定架的卡槽對準卡銷，防止排水帶固定架沿卡銷轉動，將塑料排水帶下端固定在下端排水帶固定架上，同樣的方法將上端排水帶固定架放置在上套筒卡銷上端，將排水帶上端固定在上端排水帶固定架上，留出多余的排水帶長度，將單手板接頭與排水帶頂端相連，裝入土樣，直至真空預壓固結腔室的9/10，保證單手板接頭全部埋入土中；
2)鋪好高強預壓膜，在儀器內部留出足夠的冗余長度，將高強預壓膜上的氣壓測量接口通過管路與頂板的氣壓測量孔相連，氣壓測量孔連接真空表。高強預壓膜的排水孔通過管路與真空抽氣孔相連，真空抽氣孔通過管路與三通接口相連，三通接口的一個分支管路通過閥門與錐形瓶相連，錐形瓶瓶塞上一孔與真空表相連，另一孔與真空泵相連，三通接口另一個分支管路通過閥門與增壓泵相連；
3)將位移測量裝置穿過頂板上開設的沉降位移測量孔，位移測量裝置上小的圓形鋼板與高強預壓膜上表面接觸，將水平伸臂構件旋轉至與豎向位移刻度尺接觸的位置；
4)將頂板與底座通過軸向夾緊構件進行夾緊固定；
5)頂板上增壓空通過閥門與穩壓器相連，穩壓器通過閥門與微型計算機相連，穩壓器進口與增壓泵相連；
6)用密封螺栓堵住大氣通氣孔，保持大氣通氣孔密封，關閉三通接口與增壓泵相連的分支管路閥門，打開三通接口與錐形瓶相連的分支管路閥門，打開與真空泵相連的分支管路閥門，開啟真空泵進行真空預壓前期固結試驗；待土體固結度達到40%后，關閉與真空泵相連的分支管路閥門，且關閉真空泵，同時開啟與增壓泵相連的分支管路閥門，打開增壓泵，將氣壓控制在20MPa左右，進行正壓式真空預壓，以沖開排水帶表面的泥皮，緩解排水帶的淤堵和涂抹效應。一段時間后，關閉與增壓泵相連的分支管路閥門，關閉增壓泵，隨即打開與真空泵相連的分支管路閥門，且打開真空泵，將真空壓力控制在85kPa左右，進行反壓式真空預壓，如此往復循環，直至土體固結度達到95%