CN104677799A - 一种土工织物的电动-淤堵试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土工织物的电动-淤堵试验系统。是由试验台、渗透仪、测压管、水头标尺组成的渗透试验主体装置，支架、辅助进水容器、阀门、送水管、常水头进水容器、出水管、常水头出水容器、溢水管组成的常水头供给装置，直流电源、绝缘导线、金属螺栓、打孔圆形金属电极组成的电压加载装置等三部分构成，通过渗透试验主体装置和常水头供给装置可对土工织物进行连续的、不同水力梯度的水力渗透试验。通过电压加载装置，对渗透仪内部施加均匀的直流电场，可对土工织物进行连续的、不同电压梯度的电渗透试验，研究电动效应对土工织物淤堵的影响。

Description

一种土工织物的电动-淤堵试验装置

技术领域

本发明涉及一种电动效应联合渗透淤堵作用导致土工织物的渗透性发生动态变化的科学试验装置。

背景技术

土工织物作为反滤材料，必定会产生不同程度的淤堵，所以如何判断土工合成材料在实际工程中是否会产生不允许的淤堵和改善土工织物的淤堵是当前国内外仍未能很好解决的问题。

土工织物淤堵特性的测试与评价方法之一是采用梯度比方法进行的室内试验，又称梯度比试验或室内淤堵试验。梯度比是具有代表性的淤堵评价指标之一，由Calhoun在1972年提出，并被美国陆军师团(1977)采纳修订为梯度比准则，表达式为：

因此，通过梯度比便可以来评价土和土工织物构成的反滤体系是否发生了淤堵，在试验土样均匀的条件下，梯度比准则以24h时刻的GR值进行判断：若GR≥3，表明土工织物内产生了不允许的淤堵。否则，系统渗透能力满足要求。随着梯度比的值的增大，土和土工织物构成的反滤体系淤堵程度越严重；由于梯度比试验试验周期相对较短，操作简单，且以室内试验为依据，其结果较为贴近理想状态，因此目前被广泛应用于土工织物淤堵特性测试中，我国的《SL/T 235-1999土工合成材料测试规程》和美国材料试验协会(ASTM)的土工合成材料试验标准《D5101-01：Standard Test Method for Measuring the Soil-Geotextile System Clogging Potential by the Gradient Ratio》中均有相关测试标准和规定。

然而，现有的淤堵试验仪和梯度比评判标准的一些不足：在渗透淤堵试验过程中，土中细颗粒发生迁移，如果在土工织物中产生淤堵，则会使其渗透能力降低。但反过来，渗透能力变小则未必能说明淤堵就是发生在土工织物，因为土层本身也可能发生淤堵。即土与土工织物系统失效有两个方面：一方面是土工织物被淤堵，另一方面则是土样被淤堵。而现有的淤堵试验仪只能测量土工织物和其上方25mm范围内土样构成的体系的渗透系数，而不能单独测量土工织物或其上 方25mm范围内土样的渗透系数，这样便不能很好地判断淤堵产生的位置，会导致把其实是土层处产生的淤堵当作是土工织物处产生的淤堵的误判。

如何改善土工织物的淤堵是至今尚未很好解决的难题，从微观分析，土颗粒表面通常带有负电荷，土中水极易和溶解的物质如水中的阳离子结合成水化阳离子。在外加电场作用下，带负电的土颗粒便会向电势高处移动，此现象称为电泳；而水分子则会向电势低处移动，此现象成为电渗，电渗和电泳统称为电动效应。从原理上分析，一方面，淤堵在土工织物中的极细颗粒在电动效应的作用下会向背离土工织物的方向运动，从而减少土工织物的淤堵情况；另一方面，对于低渗透软粘土，电渗透系数可以达到常规水力渗透系数的1000倍。所以，在直流电场作用下，渗透仪内水分子能以更快的渗流速度通过土工织物，从而改善土工织物的淤堵情况。可见，通过电动效应改善土工织物的淤堵情况在理论上是可行的，很有必要通过试验来验证其可行性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种土工织物淤堵的电动-淤堵试验系统，用以研究电动效应对土工织物淤堵的影响，并准确判断土工织物的淤堵情况；

为达到上述目的，本发明的技术方案是：首先，在传统淤堵试验仪的基础上，在渗透仪内侧顶部安装打孔圆形金属阳极，通过金属螺栓、导线与外置直流电源正极连接；在渗透仪底部安装打孔圆形金属阴极，通过金属螺栓、导线与外置直流电源负极。待渗透仪内装完待测土工织物、土样，充满水后，开启电源，便可对渗透仪内施加均匀的直流电场，产生电动效应；其次，在土工织物上方添置了一个测压管，可用于测量土工织物的渗透系数和土工织物上方25mm范围内土层的渗透系数。

与常规淤堵试验仪相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著地优点：

可对试验仪内部施加不同电势梯度的均匀直流电场，研究电动效应对土工织物淤堵情况的影响；可测量土工织物的渗透系数和土工织物上方25mm范围内的土层的渗透系数，更准确的评价土工织物的淤堵情况。

附图说明

图1为本发明整体构造示意图。

图2为本发明圆形打孔金属电极示意图。

图3为本发明主体试验仪示意图。

1渗透仪中部法兰盘，2底部螺栓，3圆形打孔金属阴极，4待测的圆形土工织物，5渗透仪顶部的法兰盘，6土样，7顶部金属螺栓，8圆形打孔金属阳极，9试验台，10支架，11辅助进水容器，12阀门，13支架，14常水头进水容器，15阀门，16送水管，17送水管，18渗透仪的进水口，19支架，20常水头出水容器，21渗透仪的出水口，22出水管，23常水头出水容器入口，24#1测压管，25#2测压管，26#3测压管，27#4测压管，28#5测压管，29#6测压管，30#7测压管，31#1测压管，32#2测压管，33#3测压管，34#4测压管，35#5测压管，36#6测压管，37#7测压管，38绝缘导线，39外置直流电源，40绝缘导线，41排气阀，42溢水管，43标尺。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式做进一步的说明：

如图1、图2、图3所示，拆开渗透仪中部的法兰盘1，在渗透仪底部用螺栓2固定好圆形打孔金属阴极3，在法兰盘1中间固定好待测的圆形土工织物4，拧紧法兰盘1，松开渗透仪顶部的法兰盘5，装入100mm高的土样6，在渗透仪顶部用螺栓7固定好圆形打孔金属阳极8，拧紧法兰盘5，将渗透仪放置于试验台9上，在支架10上装好辅助进水容器11，关闭阀门12，在辅助进水容器11中装满无气水，在支架13上装好常水头进水容器14，关闭阀门15，通过送水管16连接阀门12至常水头进水容器14，通过送水管17连接阀门15至渗透仪的进水口18，在支架19上装好常水头出水容器20，将试验仪的出水口21通过出水管22连接至常水头出水容器20下部的入口23，入水口23与常水头出水容器20连接，#1测压管24、#2测压管25、#3测压管26、#4测压管27、#5测压管28、#6测压管29、#7测压管30通过金属接头与渗透仪的#1测压孔31、#2测压孔32、#3测压孔33、#4测压孔34、#5测压孔35、#6测压孔36、#7测压孔37连接，并固定于试验台9上，下部圆形打孔金属电极3由螺栓2，绝缘导线38与外置直流电源39的负极连接，上部圆形打孔金属电极8由螺栓7，绝缘导线40与外置直流电源39的正极连接。

Claims (5)

1.一种土工织物的电动-淤堵试验系统，其中，该试验系统包括：

a)渗透试验主体装置，其包含由试验台、渗透仪、测压管、水头标尺；

b)常水头供给装置，其包含支架、辅助进水容器、阀门、送水管、常水头进水容器、出水管、常水头出水容器、溢水管；

c)电压加载装置，其包含直流电源、绝缘导线、金属螺栓、打孔圆形金属电极。

2.按照权利要求书1所述的一种土工织物的电动-淤堵试验系统，其特征在于，在待测土工织物之上添置了一个测压孔。

3.按照权利要求书1所述的一种土工织物的电动-淤堵试验系统，其特征在于，圆形打孔金属阳极安放在上部法兰盘的密封环内，并通过金属螺栓固定，圆形打孔金属阴极安放在渗透仪底部，并通过金属螺栓固定。

4.按照权利要求书1所述的一种土工织物的电动-淤堵试验系统，其特征在于，金属螺栓还作为圆形打孔金属电极的接线柱，用以连接外置直流电源。

5.一种采用权利要求1-4任意一项权利要求所述的试验系统的试验方法，其特征在于：

拆开渗透仪中部的法兰盘，在渗透仪底部用螺栓固定好圆形打孔金属阴极，在法兰盘中间固定好待测的圆形土工织物，拧紧法兰盘，松开渗透仪顶部的法兰盘，装入100mm高的土样，在渗透仪顶部用螺栓固定好圆形打孔金属阳极，拧紧法兰盘，将渗透仪放置于试验台上，在支架上装好辅助进水容器，关闭阀门，在辅助进水容器中装满无气水，在支架上装好常水头进水容器，关闭阀门，通过送水管连接阀门至常水头进水容器，通过送水管连接阀门至渗透仪的进水口，在支架上装好常水头出水容器，将试验仪的出水口通过出水管连接至常水头出水容器下部的入口，入水口与常水头出水容器连接，#1测压管、#2测压管、#3测压管、#4测压管、#5测压管、#6测压管、#7测压管通过金属接头与渗透仪的#1测压孔、#2测压孔、#3测压孔、#4测压孔、#5测压孔、#6测压孔、#7测压孔连接，并固定于试验台上，下部圆形打孔金属电极由螺栓，绝缘导线与外置直流电源的负极连接，上部圆形打孔金属电极由螺栓，绝缘导线与外置直流电源的正极连接。