CN102721616B - 电渗剪切仪 - Google Patents

Abstract

一种电渗剪切仪，一个由土样室绝缘壁、土样室下端的阴极(剪切面)、土样室上端的阳极组成的土样室。阴阳两极平行布置，在土体中形成均匀稳定的一维电场。土样室在水平方向固定，阴极板连接于可沿规定方向在水平面自由滑动的滑道之上。可通过土样室上端的加载板对土样施加均匀稳定的压力，可通过连接于阴极板的推力装置施加推力，通过连接于反力装置的测力装置测定反力，从而推算出不同压力情况下阴极和土体间的剪切力。当在土体上下端施加电场使土体中形成电渗并对阴极施加水平推力使之匀速水平滑动时，就可以对电渗情况下，阴极钢板和土体间的剪切力进行测定。

Description

电渗剪切仪

技术领域

本发明属于一种钢土界面剪切力的试验装置，特别涉及一种电渗剪切仪。

背景技术

在土木工程实践中，常常需要在地基中沉入钢桩或者钢圆筒，作为基础或者维护结构。在下沉过程中，钢桩的阻力由端阻和侧壁摩阻构成，而钢圆筒的阻力则基本由侧壁摩阻构成。下沉阻力是影响下沉效率的重要因素，而且阻力的过大，有时会使钢桩或者钢圆筒下沉到指定的深度非常困难。因此，工程界采用了一系列的措施来降低下沉阻力。

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。电渗中，土壤中水分将向阴极汇集，从而降低阴极附近土体的强度。另一方面，由于电渗的电解水作用，阴极表面还会聚集氢气气泡，这种气泡也对减小摩擦阻力有利。因此可以利用电渗来减少钢圆筒和土体间的摩阻力，提高钢圆筒的下沉效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种电渗剪切仪。可以对电渗和非电渗条件下钢与土界面的摩阻力进行定量测量。还可以对不同深度、不同电流密度情况下，钢圆筒侧摩阻力的减小幅度进行研究。

本发明采用的技术方案是：

一种电渗剪切仪，其特征在于：包括一个由可移动的中部土样室绝缘外壁、土样室下端的阴极、土样室上端的阳极组成的土样室，土样室在水平方向固定，土样室左方靠有测力环，测力环左方靠有反力装置；土样室阴极板下方有上滑道，上滑道下方是下滑道，下滑道置于工作台上；阴极板右方的竖直立板外有等应变推力装置，土样室上端的阳极上方连接加载板；加载板上表面的中心连接竖直压杆，竖直压杆顶部接触在杠杆下方，杠杆一端铰接在固定支点上，杠杆另一端装有砝码。

中部的土样室绝缘外壁是圆筒形或棱柱筒形，土样室绝缘外壁截面积大小沿高度方向一致。

由导电材料制成的电极均呈平板状，阳极为金属板或金属网，阴极为钢板，阴阳两极平行布置，阴极右侧有竖直立板。

本发明的有益效果是：

1、在土体中形成均匀稳定的一维电场，使得电渗作用均匀分布于电极与土体；

2、剪切过程中，电流、电流密度、土压力和剪切面积均可固定，方便进行规律性研究；

3、可以对试验中的主要参数进行实时监测；

4、能够对不同土压力、不同电流密度、不同土体类型下电渗减小土和钢界面间摩阻力的效果进行研究。

本发明主要应用于电渗减小钢土界面摩阻力的室内试验研究。

附图说明

附图1是本发明装置结构示意图。

图中：1、土样室，2、阳极板，3、加载板，4、阴极（剪切面），5、土样筒，6、工作台，7、下滑道，8、上滑道、9、等应变推力装置，10、测力环，11、杠杆，12、砝码，13、反力装置。

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。

一种电渗剪切仪，包括一个由可移动的中部土样室绝缘外壁、土样室下端的阴极、土样室上端的阳极组成的土样室，土样室在水平方向固定，土样室左方靠有测力环，测力环左方靠有反力装置；土样室阴极板下方有上滑道，上滑道下方是下滑道，下滑道置于工作台上；阴极板右方的竖直立板外有等应变推力装置，土样室上端的阳极上方连接加载板；加载板上表面的中心连接竖直压杆，竖直压杆顶部接触在杠杆下方，杠杆一端铰接在固定支点上，杠杆另一端装有砝码。

中部的土样室绝缘外壁是圆筒形或棱柱筒形，土样室绝缘外壁截面积大小沿高度方向一致。

由导电材料制成的电极均呈平板状，阳极可为金属板或金属网，阴极为钢板，阴阳两极平行布置，阴极右侧有竖直立板。

进一步详细描述：由土样室壁和上下电极构成土样室。土样室壁采用绝缘高强材料制成，为圆柱（或棱柱）形无底容器。在土样室壁的左右侧，分别设置有连接测力装置和推力施加装置的螺栓。

电极由导电材料制成，均呈平板状，阳极可为金属板或金属网，阴极为钢板。阴阳两极垂直于土样室壁平行布置，分别置于土样室的下端和上端。阳极形状与大小均非常接近土样室壁的横断面，直径小于土样室直径约0.5mm，阳极上布置有螺栓用于连接导线至直流电源的正极。阴极为呈90度弯折形状的钢板。试验过程中的剪切面为底板，底板与阳极平行。底板面积大于土样室壁的断面，以满足剪切中底板和土样室可产生相对运动但剪切面积大小不变的要求。底板下侧设置有螺栓，以连接滑道，从而使阴极能在水平面沿指定方向滑行。侧弯折段的侧面布置有螺栓，用于连接等应变推力施加装置。弯折段与底板间设置加劲肋，以保证推力施加中阴极的强度和刚度。

采用杠杆式垂直加压装置。在阳极上方设置有加载板，加载板断面形状及大小和阳极相同。加载板采用厚度为5mm的钢板，在加载板中心设有与之垂直的短圆柱体加载点，该圆柱体上表面有球形内凹，与杠杠加载点的球形外凸相对应，圆柱体的下表面与加载板上表面固接。加载点的上方为杠杆，其断面为长方形。加载点右侧为固定的支点，左侧为砝码，其数量根据需要施加的压力而定，以实现剪切中的恒压加载。

土样室置于阴极上，与阴极的平板部分垂直，两者间可产生大约10mm的相对滑动，以满足剪切的需要。阴极的侧弯折段与等应变推力装置连接，产生水平向的推力，使得阴极的平板部分和土样室间产生相对剪切。

与推力装置相对的土样室的另外一侧为反力装置，在反力装置和土样室之间设有测力装置，此测量装置能测量并记录试验过程中的反力大小。根据力的平衡原理，就可以得到剪切力的大小。

通过土样上下端的阳极和阴极在土样中形成均匀稳定的电场，从而在土体中形成电渗；通过土样室上端的加载板对土样施加均匀稳定的压力，不同的压力设置可以模拟钢圆筒侧壁所处的深度；通过连接于阴极板的推力装置施加和测定推力，从而得出不同情况下阴极和土体间的剪切力。剪切过程中，总电流、电流密度和剪切面积都不变。当在土体上下端施加不同电场并对阴极施加水平推力使之匀速水平滑动时，就可以对电渗情况下，阴极钢板和土体间的剪切力进行测定。

所述的土样室内外壁可以是圆筒形或棱柱筒形，其截面积沿长度方向不变；所述的电极由导电材料制成，均呈平板状，阳极可为金属板或金属网，阴极为钢板，阴阳两极平行布置。所述的土样室在水平方向固定，阴极板连接于可沿规定方向在水平面自由滑动的滑道之上，阴极板和土样室之间可自由产生相对剪切。

具体操作过程如下：

（1）将电渗剪切仪安装于试验台，其中上滑道固接于阴极，下滑道固接于试验台，土样室置于阴极之上；

（2）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；

（3）安装上部阳极与加载板，连接电极、导线和直流电源，此时直流电源处于关闭状态；

（4）对土样室进行微调，使之与推力装置、反力装置处于轻微接触状态；

（5）根据设定的压力，加上相对应的砝码，通过杠杆对土样进行加载，直至变形稳定后开始下步操作；

（6）待土样变形稳定后，打开直流电源，对土样施加设定的稳定电流，开始电渗；

（7）待通电时间达到设定值后，开启推力施加装置，进行剪切试验；

（8）记录不同时刻的电流、剪切位移、剪切力；

（9）整理实验数据，根据实验数据对电渗减阻效果进行评价。

Claims (3)

1.一种电渗剪切仪，其特征在于：包括一个由可移动的中部土样室绝缘外壁、土样室下端的阴极、土样室上端的阳极组成的土样室，土样室在水平方向固定，土样室左方靠有测力环，测力环左方靠有反力装置；土样室阴极板下方有上滑道，上滑道下方是下滑道，下滑道置于工作台上；阴极板右方的竖直立板外有等应变推力装置，土样室上端的阳极上方连接加载板；加载板上表面的中心连接竖直压杆，竖直压杆顶部接触在杠杆下方，杠杆一端铰接在固定支点上，杠杆另一端装有砝码。

2.根据权利要求1所述的电渗剪切仪，其特征在于：中部的土样室绝缘外壁是圆筒形或棱柱筒形，土样室绝缘外壁截面积大小沿高度方向一致。

3.根据权利要求1所述的电渗剪切仪，其特征在于：由导电材料制成的电极均呈平板状，阳极为金属板或金属网，阴极为钢板，阴阳两极平行布置，阴极右侧有竖直立板。

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