用于加固軟黏土地基的電滲固結試驗裝置及方法
【專利摘要】一種用于加固軟黏土地基的電滲固結試驗裝置及方法，包括外部可視化主體，在所述的外部可視化主體內設有用于測量土體電壓、電流的測量電極和電勢測針，且外部可視化主體的底部設有排水通道，在外部可視化主體的外側設有實時圖像收集系統；所述測量電極由電源供電，且在其相連的回路上連接有電壓表、電流表。本發明對電導率、土壓力、沉降量、排水量、電壓及電流進行全方位綜合測量，借助計算機自動處理數據，對不同因素下的電滲效果進行直觀對比，與前人裝置相比，更具實用性、綜合性。
【專利說明】
用于加固軟黏土地基的電滲固結試驗裝置及方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于加固細顆粒、低滲透性軟黏土地基的多功能電滲固結試驗新型裝置與操作方法。
【背景技術】
[0002]軟黏土廣泛分布于我國的東部沿海因其獨特的高含水率、高壓縮性、低強度等性質，給工程施工帶來了不便，因此在施工前要對這種土質的地基進行處理。在諸多的地基處理方法中，電滲法作為一種比較新興有效的方法，在工程中得到了應用。電滲法是一種利用電能對地基進行加固的地基處理方法，具有加固速度快，對細顆粒、低滲透性土有良好的加固效果等優點。目前對電滲法的研究是以室內試驗研究為主，而現場應用卻不多見。針對具有細顆粒、高塑性、低滲透等特性的軟黏土地基，采用常規排水固結法初期效果比較顯著，但后期加固效果明顯下降，表現為后期沉降緩慢，加固后的強度值較小。電滲加固效果對土顆粒大小并不敏感，而且隨著經濟的發展和技術水平的提高，電滲法很可能成為此類土的一種高效且造價可以承受的地基加固方法。以往的實驗裝置較為簡單，功能也較為單一，不能實現全方位因素測量與對比的綜合效果，缺乏高效性、準確性及實用性。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于設計一種用于加固細顆粒、低滲透性軟黏土地基的多功能電滲固結試驗新型裝置與操作方法，提供一種結構簡單、操作簡便、價格低廉、可視化裝置。
[0004]為實現上述目的，本發明采用下述技術方案:
[0005]—種用于加固細顆粒、低滲透性軟黏土地基的多功能電滲固結試驗裝置，包括外部可視化主體，在所述的外部可視化主體內設有用于測量土體電壓、電流的測量電極和電勢測針，且外部可視化主體的底部設有排水通道，在外部可視化主體的外側設有實時圖像收集系統;所述測量電極由電源供電，且在其相連的回路上連接有電壓表、電流表。
[0006]進一步的，所述的外部可視化主體由六面鋼化玻璃組成，在鋼化玻璃上標有刻度，可直觀觀察并比較土體沉降量。
[0007]進一步的，所述的測量電極采用表面開有細縫的鐵或鋁金屬管。
[0008]進一步的，所述的排水通道包括排水管和排水孔，所述的排水孔設置在測量電極陰極端對應的外部可視化主體底部，且所述的排水孔外接排水管，排水管排出的水從玻璃桶底部引到燒瓶中，倒入量筒中讀數。
[0009]進一步的，還包括一個百分表，所述的百分表固定在夾持架上，將夾持架上帶有的測桿頂住土體表面，使測桿與測面保持垂直，百分表測量土體表面平均沉降的變化。
[0010]進一步的，還包括一個電導率監測裝置，電導率監測裝置插裝在土體內測量試驗過程中土體電導率的變化。
[0011]進一步的，還包括一個壓力傳感器，壓力傳感器布置在土體內部，用來測量土壓的變化
[0012]進一步的，所述的測量電極由土工布包裹后豎直放置于外部可視化主體的土體中。
[0013]進一步的，所述的供電系統為直流電源。
[0014]進一步的，所述的實時圖像收集系統通過在可視化土樣室中加入有色溶劑，同時借助高清攝像機，定時進行拍攝，直觀形象地進行觀測，記錄下整個電滲固結過程中的溶質運移情況。
[0015]進一步的，所述的電導率監測裝置、壓力傳感器與數據處理裝置相連，同時通過鍵盤將電壓表、電流表、百分表采集的數據儲到數據處理裝置中，數據處理裝置對各個數據進行分析和處理。
[0016]在本發明中，百分表表測量試驗過程中土體表面平均沉降的變化，土體排出的水由底部的排水管從玻璃桶底部引到燒瓶中，然后倒入量筒中進行讀數，電壓表測量試驗中陰、陽極電勢大小，電流表用來測量土體的瞬時電流。
[0017]應用上述裝置實現加固細顆粒、低滲透性軟黏土地基，包括以下步驟:
[0018](I)將原位所取土樣烘干、磨碎、篩分；
[0019](2)設計多組對照試驗，分別設計不同含水率的土樣，并針對每種含水率設置多個相同的土體，依次向處理好的干燥土樣粉末中加入相應水量調勻，并加入同種等量的有色溶劑，密閉靜置；
[0020](3)在外部可視化主體中加入步驟(2)中得到的土樣，然后在同種含水率的土體中依次插入不同數量和不同材質電極，保證不同含水率的土體可以進行電極數量、材料的對比；將電極通過電線與電源相連，調節電源保持一定的輸出電壓，將電導率監測裝置、壓力傳感器均勻布置在土體中；
[0021](4)將燒瓶置于玻璃桶底部排水口處，每隔一定時間將燒瓶中的水倒入量筒中進行讀數記錄；
[0022](5)將計算機、顯示器通過導線與測量系統建立連接；
[0023](6)每隔一定時間利用百分表與測針測量試驗過程中土體表面平均沉降的變化；
[0024](7)每隔一定時間利用電流表測量土體內的瞬時電流；
[0025](8)每隔一定時間利用電導率監測裝置、壓力傳感器測量電導率和土壓。
[0026](9)設定高清攝像機的定時拍攝功能，記錄下整個試驗過程中的溶質運移情況。
[0027](10)重復上述步驟直至土體排水量或是沉降不再發生變化；
[0028](11)測試土體表面不同位置的最終沉降、土體的最終含水率及抗剪強度等；
[0029 ] (12)整理數據，繪制表格并分析試驗結果。
[0030]應用上述裝置實現加固細顆粒、低滲透性軟黏土地基并對比加固效果，本發明與以往的測量方法相比具有以下優點:
[0031]I)帶刻度的鋼化玻璃土樣室實現了試驗全過程的可視化，可清晰觀察電滲加固過程中低滲軟黏土體固結的效果和速率；
[0032]2)就具體地基滲透性和顆粒級配情況，具體進行電滲效果試驗，對比結果選擇最為有效的方式，具有加固速度快，對細顆粒、低滲透性土有良好加固效果的優點。
[0033]3)對電導率、土壓力、沉降量、排水量、電壓及電流進行全方位綜合測量，借助計算機自動處理數據，對不同因素下的電滲效果進行直觀對比，與前人裝置相比，更具實用性、綜合性。
[0034]4)可以實現實時圖像收集和記錄，更形象地掌握整個電滲固結過程中的溶質運移情況。
[0035]5)本裝置操作簡便，價格低廉，可重復利用。
【附圖說明】
[0036]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0037]圖1是本發明結構示意圖；
[0038I圖2是四電極電滲結構示意圖；
[0039 ]圖3是本發明試驗裝置布局圖。
[0040]圖中1.外部可視化主體系統;2.鋼化玻璃土樣室；3-1.測量電極陽極A，3-2測量電極陰極B; 5.排水通道;6.土樣;7.電壓表;8.電流表;9.電勢測針；10.電源供電系統；11.電導率監測傳感器;12.壓力傳感器;13.高清攝像機;14.計算機及顯示器。
【具體實施方式】
[0041 ]下面結合附圖和實例對本發明進一步說明。
[0042]如圖1、2所示，加固細顆粒、低滲透性軟黏土地基的多功能電滲固結試驗新型裝置，包括一個外部可視化主體系統I，外部可視化主體系統由鋼化玻璃土樣室2組成，六面均安裝可視化鋼化玻璃，可直觀觀察并比較土體沉降量;并插有測量電極陽極A3-1和測量電極陰極B3-2，測量電極采用直徑2cm、表面開有細縫的鐵或鋁金屬管，電極由土工布包裹后豎直放置于桶內土體中；測量電極陰極B對應的外部可視化主體系統I底部設有排水通道5，全方位綜合測量系統由百分表、量筒、電壓表7、電流表8及電勢測針9、電導率監測傳感器11;壓力傳感器12、高清攝像機13組成，直流電源作為電源供電系統10。
[0043]可視化主體系統由六面鋼化玻璃組成，玻璃土樣室尺寸為50cm X 40cm X 30cm，玻璃上標有刻度，可直觀觀察并比較土體沉降量；帶刻度的鋼化玻璃土樣室實現了試驗全過程的可視化，可清晰觀察電滲加固過程中低滲軟黏土體固結的效果和速率；
[0044]測量電極為可更換電極，采用直徑2cm、表面開有細縫的鐵或鋁金屬管，電極數量可調節，電極材料可更替，具體依據不同顆粒和滲透性軟黏土地基進行選擇。
[0045]測量電極由耐腐蝕、透水性好的土工布包裹后豎直放置于原位土樣6中。
[0046]用排水通道5包括排水管和排水孔兩部分，排水孔5為直徑2cm的圓形小孔，與玻璃土樣室2構成一體化系統，排水孔外接排水管，為直徑略大于2cm的柔軟橡膠管;排水管排出的水從玻璃桶底部引到燒瓶中，倒入量筒中讀數。
[0047]全方位綜合測量系統由百分表、量筒、電壓表7、電流表8及電勢測針9、電導率監測傳感器11;壓力傳感器12、高清攝像機13組成，百分表固定在夾持架上，將夾持架上帶有的測桿頂住土體表面，使測桿與測面保持垂直，百分表測量土體表面平均沉降的變化。
[0048]電導率監測傳感器11插裝在土體內測量試驗過程中土體電導率的變化。
[0049]壓力傳感器12布置在土體內部，用來測量土壓的變化
[0050]高清攝像機13通過在可視化土樣室中加入有色溶劑，同時借助高清攝像機，定時進行拍攝，直觀形象地進行觀測，記錄下整個電滲固結過程中的溶質運移情況。
[0051]電導率監測傳感器11、壓力傳感器12與計算機及顯示器14相連，同時通過鍵盤將電壓表、電流表、百分表采集的數據儲到計算機及顯示器14中，計算機及顯示器14對各個數據進行分析和處理。
[0052]電壓表7測量試驗中陰級3B、陽極3A電勢大小，電流表8用來測量土體的瞬時電流；
[0053]電源供電系統1為供電系統為直流電源，具體可采用固瑋SPD-3606直流穩壓電源，電源輕薄短小，攜帶方便，具串聯或并聯操作模式。
[0054]應用上述裝置實現加固細顆粒、低滲透性軟黏土地基，包括以下步驟:
[0055](I)將原位所取土樣6烘干、磨碎、篩分；
[0056](2)設計多組對照試驗，分別設計不同含水率的土樣，并針對每種含水率設置多個相同的土體，依次向處理好的干燥土樣粉末中加入相應水量調勻，并加入同種等量的有色溶劑，密閉靜置；
[0057 ] (3)在外部可視化主體中加入步驟(2)中得到的土樣，然后在同種含水率的土體中依次插入不同數量和不同材質電極，保證不同含水率的土體可以進行電極數量、材料的對比；將電極通過電線與電源相連，調節電源保持一定的輸出電壓，將電導率監測裝置、壓力傳感器均勻布置在土體中；
[0058](4)將燒瓶置于玻璃桶底部排水口處，每隔一小時將燒瓶中的水倒入量筒中進行讀數記錄；
[0059](5)將計算機、顯示器通過導線與測量系統建立連接；
[0060](6)每隔一定時間利用百分表與測針測量試驗過程中土體表面平均沉降的變化；[0061 ] (7)每隔一定時間利用電流表測量土體內的瞬時電流；
[0062](8)每隔一定時間利用電導率監測裝置、壓力傳感器測量電導率和土壓。
[0063](9)設定高清攝像機的定時拍攝功能，記錄下整個試驗過程中的溶質運移情況。
[0064](10)重復上述步驟直至土體排水量或是沉降不再發生變化；
[0065](11)測試土體表面不同位置的最終沉降、土體的最終含水率及抗剪強度等；
[0066](12)整理數據，繪制表格并分析試驗結果。
[0067]上述的一定時間是任一間隔的時間，可以是一個小時，或者幾十分鐘，根據試驗自行調整即可。
[0068]上述的三組實驗中，可以做完一組實驗后，將土樣倒掉，然后加入另一組土樣，進行下一組實驗;也可以采用三套裝置，同時進行三組實驗;根據實驗條件，可以自主選擇。
[0069]上述方法可以就具體地基滲透性和顆粒級配情況，具體進行電滲效果試驗，對比結果選擇最為有效的方式，具有加固速度快，對細顆粒、低滲透性土有良好加固效果的優點。
[0070]本發明可以對沉降量、排水量、電壓及電流進行全方位綜合測量，對不同因素下的電滲效果進行直觀對比，與現有裝置相比，更具實用性、綜合性，優勢明顯。
[0071]上述雖然結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
【主權項】
1.一種用于加固軟黏土地基的電滲固結試驗裝置，其特征在于，包括外部可視化主體，在所述的外部可視化主體內設有用于測量土體電壓、電流的測量電極和電勢測針，且外部可視化主體的底部設有排水通道，在外部可視化主體的外側設有實時圖像收集系統;所述測量電極由電源供電，且在其相連的回路上連接有電壓表、電流表。2.如權利要求1所述的電滲固結試驗裝置，其特征在于，所述的外部可視化主體由六面鋼化玻璃組成，在鋼化玻璃上標有刻度，直觀觀察并比較土體沉降量。3.如權利要求1所述的電滲固結試驗裝置，其特征在于，所述的測量電極采用表面開有細縫的鐵或鋁金屬管。4.如權利要求1所述的電滲固結試驗裝置，其特征在于，所述的測量電極包括陽極和陰極，所述陽極和陰極分別位于外部可視化主體相對的兩端。5.如權利要求4所述的電滲固結試驗裝置，其特征在于，所述的排水通道包括排水管和排水孔，所述的排水孔設置在測量電極陰極端對應的外部可視化主體底部，且所述的排水孔外接排水管，排水管排出的水從玻璃桶底部引到燒瓶中，倒入量筒中讀數。6.如權利要求5所述的電滲固結試驗裝置，其特征在于，還包括一個百分表，所述的百分表固定在夾持架上，將夾持架上帶有的測桿頂住土體表面，使測桿與測面保持垂直，百分表測量土體表面平均沉降的變化。7.如權利要求6所述的電滲固結試驗裝置，其特征在于，還包括一個電導率監測裝置，電導率監測裝置插裝在土體內測量試驗過程中土體電導率的變化。8.如權利要求7所述的電滲固結試驗裝置，其特征在于，還包括一個壓力傳感器，壓力傳感器布置在土體內部，用來測量土壓的變化。9.如權利要求8所述的電滲固結試驗裝置，其特征在于，所述的電導率監測裝置、壓力傳感器與數據處理裝置相連，同時通過鍵盤將電壓表、電流表、百分表采集的數據儲到數據處理裝置中，數據處理裝置對各個數據進行分析和處理。10.應用利要求9所述的裝置實現加固細顆粒、低滲透性軟黏土地基測量的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將原位所取土樣烘干、磨碎、篩分； (2)設計多組對照試驗;分別設計不同含水率的土樣，并針對每種含水率設置多個相同的土體，依次向處理好的干燥土樣粉末中加入相應水量調勻，并加入同種等量的有色溶劑，密閉靜置； (3)在外部可視化主體中加入步驟(2)中得到的土樣，然后在同種含水率的土體中依次插入不同數量和不同材質電極，將電極與電源相連，調節電源保持一定的輸出電壓，將電導率監測裝置、壓力傳感器均勻布置在土體中； (4)將燒瓶置于玻璃桶底部排水口處，每隔一定時間將燒瓶中的水倒入量筒中進行讀數記錄； (5)將數據處理裝置通過導線與導率監測裝置、壓力傳感器建立連接； (6)每隔一定時間利用百分表與測針測量試驗過程中土體表面平均沉降的變化； (7)每隔一定時間利用電流表測量土體內的瞬時電流； (8)每隔一定時間利用電導率監測裝置、壓力傳感器測量電導率和土壓； (9)設定實時圖像收集系統的定時拍攝功能，記錄下整個試驗過程中的溶質運移情況；(10)重復上述步驟直至土體排水量或是沉降不再發生變化；(11)測試土體表面不同位置的最終沉降、土體的最終含水率及抗剪強度等；(12)整理數據，繪制表格并分析試驗結果。
【文檔編號】E02D3/11GK105866382SQ201610231646
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月14日
【發明人】馬秀媛, 王欣桐, 李術才, 劉金
【申請人】山東大學