CN101634141A - 一种多功能土壤电渗固结仪 - Google Patents

Abstract

一种多功能土壤电渗固结仪，一个由土样室外壁、土样室外壁下端的基座、土样室外壁上端的顶盖组成的土样室，土样室内有由滤纸、电极和承压透水板组成的上下隔板，上隔板上有加载板，上下电极分别连接上下导线，基座上有排水管和排水口，加载板上有排水管和排水口。能够进行电渗固结、加载固结及电渗与加载联合固结；在土体中形成均匀稳定的一维电场，方便相关参数的计算；电渗方向、排水方向和土体变形方向一致，符合一维电渗固结理论，方便计算和分析。可以对试验中的主要参数进行实时监测。能够对电渗透系数、土体电阻率进行测定，使电渗加固设计更为科学合理。

Description

一种多功能土壤电渗固结仪

技术领域

本发明属于一种应用于土壤电渗加固技术的试验仪器，特别涉及一种多功能土壤电渗固结仪。

背景技术

在土中通以直流电，在电势差的作用下，土中水从阳极流向阴极，这种现象即为电渗。如果将汇集于阴极的水分及时排出，就可以不断降低土的含水率，因此电渗可以用于对地基进行加固处理。Casagrande于1939年第一次将电渗技术应用于岩土工程中，后来各国学者在其加固机理与应用方面开展了大量的研究工作。电渗法具有对细颗粒、低渗透性土有良好的加固效果等优点。

随着我国沿海地区经济的快速发展，土地资源日益紧张，利用港池和航道疏浚土吹填造陆后再进行地基加固已经成为缓解土地资源紧张的主要手段。疏浚土往往具有细颗粒、高塑性、低渗透等特性，采用常规排水固结法加固这种地基时，加固后产生很大的沉降，但强度较小，加固效果并非十分理想，因此电渗法有望成为此种土的有效加固方法。在电渗加固中，土体的电渗透系数、电阻率等参数都是电渗加固中的重要参数，然而对电渗透系数，很多情况都是取经验值，这是一种粗略的处理方法。不同的土类其电渗透系数并不一样，获取准确的电渗透系数等参数可以更科学严谨的进行工程设计。因此，发展一套电渗透系数的测试设备和测试方法具有十分重要的现实意义。本发明的多功能土壤电渗固结仪可以用于电渗透系数和电阻率的测定。

发明内容

本发明的目的是提供一种多功能土壤电渗固结仪，能够对土壤进行电渗固结、加载固结或电渗与加载的联合固结试验，能够对试验中的主要参数进行实时监测，并能对加固土体的电阻率和电渗透系数进行测定。

本发明采用的技术方案是：

一种多功能土壤电渗固结仪，其特征在于：一个由土样室外壁、土样室外壁下端的基座、土样室外壁上端的顶盖组成的土样室，其土样室内有由滤纸、电极和承压透水板组成的上下隔板，上隔板上有加载板，上下电极分别连接上下导线，基座上有排水管和排水口，加载板上有排水管和排水口。

土样室外壁下端的基座和土样室外壁上端的顶盖由螺栓连接。

由导电和透水性能良好材料金属网和多孔金属板制成上下电极均呈平板状，上隔板从上到下依次是承压透水板、电极、滤纸，下隔板从上到下依次是滤纸、电极、承压透水板，上下两电极平行且同时垂直于圆柱或棱柱筒的轴向，土样室横断面从上到下大小恒定。

土样室外壁可以是圆筒形或棱柱筒形。

本发明的有益效果是：

1、能够进行电渗固结、加载固结及电渗与加载联合固结；

2、在土体中形成均匀稳定的一维电场，方便相关参数的计算；

3、电渗方向、排水方向和土体变形方向一致，符合一维电渗固结理论，方便计算和分析。

4、可以对试验中的主要参数进行实时监测。

5、能够对电渗透系数、土体电阻率进行测定，使电渗加固设计更为科学合理。

本发明主要应用于土壤电渗加固的室内试验研究。

通过在阴阳极施加直流电流，在阴阳两极之间的土体中形成均匀稳定的一维电场，对土体进行电渗加固。通过电势测头可以对土体中的电势进行监测；通过微型孔压测头对孔隙水压力进行监测；通过与量筒相连的排水口对电渗排水量进行监测。通过电渗固结试验，可以对土壤的电渗固结特性进行研究，得到电渗加固的关键技术指标土体电阻率和电渗透系数。本发明可以对电渗加固土壤进行室内试验研究，为合理的电渗加固设计提供依据。另外，本设备还可以进行常规的加载预压固结试验及其与电渗的联合固结试验。

附图说明

附图1是本发明装置结构示意图

图中：1、基座，2、螺栓，3、顶盖，4、土样室外壁，5、排水管，6、排水口，7、导线，8、密封圈，9、加载板，10、电势测头，11、孔隙水压力测头，12、滤纸(滤布)，13、电极，14、承压透水板，15、土样室。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的实施方式进行详细的描述。

土样室15采用绝缘材料制成土样室外壁4围成，土样室外壁为圆柱或棱柱形。土样室外壁置于基座1上，基座为圆形带槽的平板，基座中心开有排水口6，排水口与排水管5密封连接，用于收集电渗排水。排水口周围至环形槽为集水坡道。土样室外壁4放置于基座的环形槽内，土样室外壁和环形槽间设有环形密封圈8。试验土样放置于土样室中，自土样下端向下分别为滤纸(或滤布)12、电极13、承压透水板14、基座1。承压透水板由高强绝缘材料制成，透水性良好，圆形，大小与电极一致；自土样上端向上分别为滤纸(或滤布)、电极、承压透水板、加载板9、顶盖3。加载板由高强绝缘材料制成，圆形，大小与电极一致，中心有半圆球凹槽以方便垂向加载。顶盖由高强绝缘材料制成，圆形，有与土样室外壁相适应的环形槽。基座和顶盖均相对应设有螺栓孔，通过从基座到顶盖的长螺栓2将基座、土样室、顶盖及其他设备连为一体。沿高度方向，土样室外壁一侧设有圆形带螺纹小孔，并安装有电势测头10，电势测头与万用表相连；在另一侧的相对位置也设有圆形带螺纹小孔，可以安装微型孔隙水压力测头11。加载板、承压透水板和基座均设有圆孔，以方便电极导线的安装。电极通过导线连接到直流电源的正负极。

所述的阴阳电极采用导电和透水性能良好材料(如金属网和多孔金属板)制成，均呈平板状，具有导电和排水双重功能。阴阳电极和土体仅以滤纸或滤布相隔，电极在被加固土体上下端面平行放置，能在土体中形成均匀稳定的一维电场，阴阳两极的间距可以根据土样高度进行调节。

在圆柱形(或棱柱形)土样室中放置有被固结的土样，土样上下两端部设阴阳电极，一般阴极在下，阳极在上，电极平行放置，这样能在土体里形成均匀稳定的一维电场。电极和土样间设有滤纸或滤布。紧靠近电极的是承压透水板，承压透水板一方面起着排水作用，另一方面在土体上下端面形成稳定的平面，将固结压力均匀施加在土体端面。上面电极之上设有加载板，在需要进行加载固结时，可装上加载板并施加竖向荷载，通过杠杆和砝码施加。导线一端通过加载板和承压透水板上孔洞连接到阴阳电极，另一端连接到直流电源的正负极。在电场力的作用下，土样中的水会从阳极到阴极、自上而下向阴极汇集，并通过基座上的排水口和排水管收集于量筒，这样就能得到单位时间内电渗排水量。当进行加载预压时，土样还会通过加载板上的排水口和排水管排出。电渗过程中可以对排水量、电流、极间电势差、土样内电势分布、孔隙水压力分布进行监测，还可以通过磁性表座和百分表对土样表层沉降进行监测。通过对监测数据的分析与计算，可以得到土体电阻率和电渗透系数。

具体操作过程如下：

(1)将电渗固结仪置于实验台，安装基座和土样室，并关闭基座排水孔。

(2)安装下方承压透水板、电极和滤纸(滤布)、电势测头和孔隙水压力测头，连接电极与导线。承压透水板、电极和滤纸(滤布)、孔隙水压力测头应在试验前充分湿润饱和。

(3)将土样充分搅拌均匀，然后分层填入土样室。对装入土样的质量和高度进行记录，并对含水率、密度等参数进行测定。

(4)安装上部滤纸(滤布)和电极，连接电极与导线。需要加载固结时，还要安装承压透水板和加载板。在电极上方注入不高于2mm的与土壤水分成分相同的水，以减少由于阳极水分疏干对试验结果的影响。

(5)安装顶盖，并将顶盖与基座用螺栓固定。

(6)打开基座排水孔，排出基座内的少量存水后，将排水管连接于量筒。

(7)将连接于上下电极的导线分别连接到直流电源的正负极，通电，正式开始电渗加固。也可以根据需要同时通过加载板施加竖向压力。

(8)记录不同时刻的电流、电压、孔隙水压力、电势分布和量筒中出水量的大小。

(9)整理实验数据，根据实验数据对电渗加固效果进行评价，并得到电渗加固关键参数土体电阻率和电渗透系数。

Claims (4)

1、一种多功能土壤电渗固结仪，其特征在于：一个由土样室外壁、土样室外壁下端的基座、土样室外壁上端的顶盖组成的土样室，其土样室内有由滤纸、电极和承压透水板组成的上下隔板，上隔板上有加载板，上下电极分别连接上下导线，基座上有排水管和排水口，加载板上有排水管和排水口。

2、根据权利要求1所述的多功能土壤电渗固结仪，其特征在于：土样室外壁下端的基座和土样室外壁上端的顶盖由螺栓连接。

3、根据权利要求1所述的多功能土壤电渗固结仪，其特征在于：由导电和透水性能良好材料金属网和多孔金属板制成上下电极均呈平板状，上隔板从上到下依次是承压透水板、电极、滤纸，下隔板从上到下依次是滤纸、电极、承压透水板，上下两电极平行且同时垂直于圆柱或棱柱筒的轴向，土样室横断面从上到下大小恒定。

4、根据权利要求1所述的多功能土壤电渗固结仪，其特征在于：土样室外壁可以是圆筒形或棱柱筒形。

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