CN101876175A - 可模拟上覆荷载的软土电化学加固模型试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可模拟上覆荷载的电化学成桩法加固软土模型试验装置，土样箱置于反力架底板之上，反力架底板与反力架立柱采用结构胶连接，反力架立柱通过螺栓与反力架顶板相连，塑料薄膜置于土样上表面，电极插孔板置于塑料薄膜之上，弹簧对中放置于电极插孔板之上，套筒对中套入弹簧上端，套筒与传力柱采用结构胶连接，传力柱与反力架顶板保持接触。反力架立柱上端打磨成螺纹杆，螺栓与反力架顶板相连。金属电极穿过电极插孔板和塑料薄膜，插入土样箱内的土样中。本发明结构合理、简单，操作方便，可更好地模拟现场有覆盖层的软土加固施工环境，能用于上覆荷载条件下软土电化学成桩法加固模型试验。

Description

可模拟上覆荷载的软土电化学加固模型试验装置

技术领域

本发明涉及软土加固技术领域，更具体涉及一种可模拟上覆荷载的软土电化学加固模型试验装置，适用于模拟现场条件的电化学成桩加固软土模型试验。

背景技术

土的胶结作用对土的工程特性具有重大影响，当土中含有一定量的胶结成分时，土的力学性质明显改善，即使是在大孔隙比和高含水量的情况下，土仍具有较低的压缩性和较高的强度。软土电化学成桩加固法正是基于上述认识而提出的一种加固方法，即人为地在软土中插入金属电极，并施以直流电，电极在直流电的作用下发生一系列反应后形成胶结桩体，以达到加固软土的目的。该方法不需要添加水泥、砂等建筑材料，不需要大型施工机械，无粉尘、噪音污染，且对加固区域环境无扰动，是一种无污染的环保型地基处理方法，具有广阔的应用前景。但由于对软土电化学成桩加固法缺乏系统的研究，目前该方法还未在实际工程中得到广泛应用。

为推动软土地基处理的电化学桩加固法的应用，须开展系统的试验研究，以探讨电化学成桩法的加固机理、工艺及施工控制方法与措施。经检索中国专利(专利申请号：200710052637.5，发明专利名称：电化学成桩法加固软土模型试验装置)公开了一种电化学成桩法加固软土模型试验装置，该装置可以模拟电化学成桩法的物理过程，控制地下水位，为电化学成桩法的室内模型试验研究提供一套实用有效的试验装置。但采用该装置进行室内模型试验时，加固土体的上表面是开敞的，试验过程中水分蒸发效应显著。而实际工程地质体中，软土层以上一般都有一定厚度的覆盖层，覆盖层的封闭性和荷载效应对软土电化学成桩加固过程具有显著的影响。因此，采用上述模型试验装置，其试验条件与现场软土地基实际赋存环境有较大的差异，无法考虑表面覆盖层的封闭效应和荷载水平。

因此，为了更好地模拟现场软土加固施工环境，研究不同上覆荷载水平对电化学成桩加固效果的影响规律，有必要进一步研制新的模型试验装置。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种可模拟上覆荷载的软土电化学加固模型试验装置，该装置可以很好地模拟现场软土地基表面覆盖层的封闭效应，电化学加固模型试验过程中可调节表面荷载大小，以反应实际工程中不同的覆盖层厚度，便于研究荷载水平对电化学成桩加固效果的影响规律。该试验装置结构合理、操作方便，主要用于电化学成桩法加固软土模型试验研究。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术措施：

一种可模拟上覆荷载的软土电化学加固模型试验装置，其特征在于：采用塑料薄膜和电极插孔板封闭土样箱中软土样的上表面，减小表面蒸发效应；采用弹簧配合反力架对软土体进行加载，在不影响通电加固过程的情况下实现了土体上覆荷载条件；试验过程中通过调节反力架横梁高度，可调整土体上覆荷载水平；反力架、传力柱、套筒均采用工程塑料制作，加载弹簧采用绝缘材料进行包裹，保证通电加固过程中试验人员的安全。

可模拟上覆荷载的软土电化学加固模型试验装置由金属电极、大功率稳压稳流直流电源、电流表、电缆线、土样箱、多孔透水板、水阀、排气阀、水管、马氏瓶、土样、纯水、塑料薄膜、电极插孔板、反力架、传力柱、弹簧、套筒等部分构成，其中金属电极、大功率稳压稳流直流电源、电流表、电缆线、土样箱、多孔透水板、水阀、排气阀、水管、马氏瓶、土样、纯水与发明专利(200710052637.5)公开的电化学成桩法加固软土模型试验装置相同。一种可模拟上覆荷载的电化学成桩法加固软土模型试验装置，其特征在于：土样箱置于反力架底板之上，反力架底板与反力架立柱采用结构胶连接，反力架立柱通过螺栓与反力架顶板相连，塑料薄膜置于土样上表面，电极插孔板置于塑料薄膜之上，弹簧对中放置于电极插孔板之上，套筒对中套入弹簧上端，套筒与传力柱采用结构胶连接，传力柱与反力架顶板保持接触。所述的反力架立柱上端480mm长度范围内打磨成螺纹杆，旋转螺栓可上下调节反力架顶板高度。所述的金属电极穿过电极插孔板和塑料薄膜，插入土样箱内的土样中。所述的电极插孔板、反力架底板、反力架立柱、反力架顶板、传力柱、套筒采用工程塑料制作，弹簧采用绝缘材料包裹。

可模拟上覆荷载的软土电化学加固模型试验装置由金属电极、大功率稳压稳流直流电源、电流表、电缆线、土样箱、多孔透水板、水阀、排气阀、水管、马氏瓶、土样、纯水、塑料薄膜、电极插孔板、反力架、传力柱、弹簧、套筒等部分构成，其中金属电极、大功率稳压稳流直流电源、电流表、电缆线、土样箱、多孔透水板、水阀、排气阀、水管、马氏瓶、土样、纯水与发明专利(200710052637.5)公开的电化学成桩法加固软土模型试验装置相同。

塑料薄膜采用0.5mm～1mm厚的聚乙烯农地膜；电极插孔板为590mm×590mm×20mm的工程塑料板，并按50mm的间距布置直径为10mm的电级插孔；反力架采用工程塑料制作，由1块底板、4根立柱和1块顶板构成，反力架底板、顶板均为880mm×880mm×40mm的方板，立柱直径为50mm，长度为1200mm，其下端与底板通过结构胶相连，立柱上端480mm长度范围内打磨成螺纹杆，通过螺栓与顶板相连。

传力柱为150mm×150mm×150mm的立方体，采用工程塑料制作；弹簧为直径150mm的圆柱螺旋压缩弹簧，长度为250mm～300mm，弹簧丝直径为3mm～6mm，并采用绝缘材料进行包裹；套筒为内径180mm，外径200mm，高度200mm的空心圆柱体，采用工程塑料制作，并通过结构胶与传力柱相连。

将土样箱放置于反力架底板上，然后将调制好的土样装入土样箱内，在土样表面盖上塑料薄膜，并将电级插孔板放于塑料薄膜之上，通过马氏瓶调节土体内部地下水位；将金属电极通过电极插孔板插入土样箱中的土体中，将弹簧压在电极插孔板之上，安装套筒和传力柱，调节反力架顶板高度，直至反力架顶板与传力柱刚好接触；将插入的电极按正、负级进行分组并接入大功率稳压稳流直流电源，并设定通电电流控制参数；调低反力架顶板高度，通过压缩弹簧对试验土样进行加载，加载大小根据实际软土地基上覆荷载水平确定；启动电源，通电加固。

本发明是一种新型的电化学成桩加固模型试验装置，具有以下优点和效果：采用塑料薄膜和电极插孔板封闭软土样的上表面，减小蒸发效应对电化学成桩加固过程的影响，更接近于现场工作条件；采用弹簧装置进行加载，避免了传统加载装置中荷载板与电极及连接线冲突的问题，保证了通电加固过程土体上覆荷载条件的实现；在弹簧外侧设有套筒，保证加载过程中弹簧的稳定性；试验过程中通过调节反力架横梁高度来调整土体上覆荷载水平，可模拟实际工程中不同覆盖层厚度的软土地基加固过程；反力架、传力柱、套筒均采用工程塑料制作，加载弹簧采用绝缘材料进行包裹，保证通电加固过程中试验人员的安全。

附图说明

图1为可模拟上覆荷载的软土电化学加固模型试验装置示意图。

图中1.金属电极，2.大功率稳压稳流直流电源(DCP30000)，3.电流表，4.电缆线，5.土样箱，6.多孔透水板，7.水阀，8.排气阀，9.水管，10.马氏瓶，11.土样，12.纯水，13.塑料薄膜，14.电极插孔板，15.反力架底板，16.反力架立柱，17.反力架顶板，18.传力柱，19.弹簧，20.套筒，21.螺栓。

具体实施方式

下面根据附图对本发明作进一步详细描述：

根据图1，可模拟上覆荷载的电化学成桩法加固软土模型试验装置由金属电极1，大功率稳压稳流直流电源2，电流表3，电缆线4，土样箱5，多孔透水板6，水阀7，排气阀8，水管9，马氏瓶10，土样11，纯水12，塑料薄膜13，电极插孔板14，反力架底板15，反力架立柱16，反力架顶板17，传力柱18，弹簧19，套筒20，螺栓21构成。

其特征在于：塑料薄膜13采用0.5mm～1mm厚的聚乙烯农地膜；电极插孔板14为590mm×590mm×20mm的工程塑料板，并按50mm的间距布置直径为10mm的电级插孔；反力架底板15、反力架立柱16和反力架顶板17均采用工程塑料制作，反力架底板15和反力架顶板17均为880mm×880mm×40mm的方板，反力架立柱16直径为50mm，长度为1200mm，其下端与反力架底板15通过结构胶相连，反力架立柱16上端480mm长度范围内打磨成螺纹杆，通过螺栓21与反力架顶板17相连。

传力柱18为150mm×150mm×150mm的立方体，采用工程塑料制作；弹簧19为直径150mm的圆柱螺旋压缩弹簧，长度为250mm～300mm，弹簧丝直径为3mm～6mm，并采用绝缘材料进行包裹；套筒20为内径180mm，外径200mm，高度200mm的空心圆柱体，采用工程塑料制作，并通过结构胶与传力柱18相连。

土样箱5置于反力架底板15之上，土样11表面采用塑料薄膜13封闭，电级插孔14放置于塑料薄膜13之上，起到封闭土样蒸发表面的目的；所述的金属电极1穿过电极插孔板14和塑料薄膜13，插入土样箱5内的土样11中，达到准确定位的目的；弹簧19置于在电极插孔板14之上，弹簧19中心轴线与电极插孔板14中心一致；套筒20套在弹簧19上端，套筒20的内壁与弹簧19外边界之间留有10mm左右间隙，在不影响弹簧19变形的条件下，保证弹簧19的稳定性；螺栓21与反力架顶板17相连，调节反力架顶板17的高度，直至反力架顶板17与传力柱19刚好接触；将插入的金属电极1按正、负级进行分组并接入大功率稳压稳流直流电源2，并设定通电电流控制参数；调低反力架顶板17高度，压缩弹簧19，并通过电极插孔板14对试验土样11进行加载，加载大小根据实际软土地基上覆荷载水平确定；启动电源大功率稳压稳流直流电源2，通电加固。所述的电极插孔板14、反力架底板15、反力架立柱16、反力架顶板17、传力柱18、套筒20采用工程塑料制作，弹簧19采用绝缘材料包裹。

Claims (5)

1.一种可模拟上覆荷载的电化学成桩法加固软土模型试验装置，它包括金属电极(1)、土样箱(5)、电极插孔板(14)、反力架底板(15)、反力架立柱(16)、反力架顶板(17)、传力柱(18)、套筒(20)、弹簧(19)，其特征在于：土样箱(5)置于反力架底板(15)之上，反力架底板(15)与反力架立柱(16)采用结构胶连接，反力架立柱(16)通过螺栓(21)与反力架顶板(17)相连，塑料薄膜(13)置于土样(11)上表面，电极插孔板(14)置于塑料薄膜(13)之上，弹簧(19)对中放置于电极插孔板(14)之上，套筒(20)对中套入弹簧(19)上端，套筒(20)与传力柱(18)采用结构胶连接，传力柱(18)与反力架顶板(17)保持接触。

2.根据权利要求1所述的一种可模拟上覆荷载的电化学成桩法加固软土模型试验装置，其特征在于：所述的反力架立柱(16)上端480mm长度范围内打磨成螺纹杆，螺栓(21)与反力架顶板(17)相连。

3.根据权利要求1所述的一种可模拟上覆荷载的电化学成桩法加固软土模型试验装置，其特征在于：所述的金属电极(1)穿过电极插孔板(14)和塑料薄膜(13)，插入土样箱(5)内的土样(11)中。

4.根据权利要求1所述的一种可模拟上覆荷载的电化学成桩法加固软土模型试验装置，其特征在于：所述的电极插孔板(14)、反力架底板(15)、反力架立柱(16)、反力架顶板(17)、传力柱(18)、套筒(20)采用工程塑料制作，弹簧(19)采用绝缘材料包裹。

5.根据权利要求1所述的一种可模拟上覆荷载的电化学成桩法加固软土模型试验装置，其特征在于：所述的弹簧(19)置于在电极插孔板(14)之上，弹簧(19)中心轴线与电极插孔板(14)中心一致；套筒(20)套在弹簧(19)上端，套筒(20)的内壁与弹簧(19)外边界之间留有间隙。

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