CN105568955A - Ekg电渗法复合直排式真空预压联合法试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了EKG电渗法复合直排式真空预压联合法试验装置及方法，装置包括机玻璃模型槽，模型槽侧壁上开有孔洞并用橡胶塞密封，微型pH计与导电塑料排水板均用导线连接后经橡胶塞与电源连接，排水板固定于模型槽底部内表面，排水板经板管连接器与排水主管连接，排水主管依次连接真空管、抽滤瓶，抽滤瓶置于电子秤上，抽滤瓶连接真空泵，水泵控制器连接真空泵。本发明采用电极转换阴极直排真空-电渗法结合不转换电极双侧排水真空-电渗法对土体进行处理，可以准确的监测土体中的pH值变化、电压变化和沉降变化，缓解传统真空-电渗法在阳极处真空预压和电渗相互抑制的情况，提高了试验效率，改善土体加固效果，加固后的软土地基具有较高的承载力。

Description

EKG电渗法复合直排式真空预压联合法试验装置及方法

技术领域

本发明涉及电动土工合成材料(ElectrokineticGeosynthetics，EKG)电渗法复合直排式真空预压联合法试验装置及方法，属于软土排水以及地基加固技术领域。

背景技术

中国虽然地域辽阔，但土地利用分布很不均匀。近年来大量人口聚集于东部沿海地区，沿海港口省市基础设施建设急剧增多，城市建设日新月异。然而，可利用国土资源面积急剧减少，造成“人多地少”“寸土寸金”的现状，建设用地不足已成为制约沿海地区经济和社会发展的瓶颈。东部沿海地区为了解决这种用地紧张的状况，纷纷围海造地，利用滩涂吹填，大面积的吹填土地基如雨后春笋般出现。但是地基吹填完成后软粘土含水率较高，无法在若干年内达到工程建设的承载力要求，因此必须对吹填超软粘土形成的陆域进行软土地基处理，以期达到工程建设的承载力要求。

目前处理大面积软黏土地基比较常用的方法是真空预压法，通过利用土体表面形成的真空环境，将土体中的水分沿着竖向排水体排出土体之外。但是利用这种方法处理的地基，表面形成硬壳层，强度较高，由于真空度沿土体深度衰减，其下部排水效果较差、强度不够，所以施工前往往需要进行二次处理；其次，电渗固结法的排水速率不受水力渗透系数的影响，对于黏粒含量比较高、渗透系数较低的软黏土地基的处理效果尤为明显，但是由于金属材料的腐蚀、电渗能耗高等问题，限制了它在工程中的推广应用。

真空预压和电渗的联合应用能在一定程度上有效的发挥两者的作用，而在室内开展模型试验是研究真空-电渗的联合形式和相互作用机理的最佳方式，也是将真空-电渗联合地基处理方式推广到实际工程中大规模应用的前提和重要环节，现有的模型试验装置虽能较好地在室内模拟真空预压加固软土地基，但无法固定排水板，影响排水效果，土体中的pH值也不能准确监测，并且大量传感线路的导出加重密封膜表面的漏气，使得真空密闭性受到影响。

真空-电渗法的提出受到了国内外专家和学者广泛的关注和研究，不断地在加固技术、电极布置方式等方面进行研究，专利号为ZL201210425392.7的发明专利公开了一种真空预压联合电渗法加固软黏土地基的方法，虽然其在传统真空电渗联合法的基础上进行了改进，充分考虑到塑料排水板与钢筋电极的布置形式，提高了试验效率，但其未考虑到金属电极在试验过程中易腐蚀，同样影响试验进行，并且在该方法中真空预压和电渗在阳极会有相互抑制的情况，影响试验的排水的效果；再者处理后场地的平整度也是需要考虑的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种EKG电渗法复合直排式真空预压联合法试验装置及方法，解决了现有真空-电渗法试验装置和真空-电渗联合法存在的问题和缺陷。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

EKG电渗法复合直排式真空预压联合法试验装置，包括有机玻璃模型槽、微型pH计、两个内部包裹有两股铜线的导电塑料排水板、排水主管、真空管、真空表、抽滤瓶、电子秤、真空泵、水泵控制器、直流电源；所述有机玻璃模型槽其中两个相对的侧壁上各均匀开有三个孔洞并用橡胶塞密封，微型pH计设置于有机玻璃模型槽内部并经橡胶塞与电源连接；导电塑料排水板竖直设置于有机玻璃模型槽内，且一端固定于有机玻璃模型槽底部内表面上，另一端与排水主管连接；所述铜线经橡胶塞与直流电源连接，所述真空管一端与排水主管连接，另一端与抽滤瓶连接，抽滤瓶置于电子秤上，抽滤瓶连接真空泵，真空泵连接水泵控制器。

进一步的，该装置还包括四个有机玻璃块，所述有机玻璃块分别设置于导电塑料排水板的两侧，用于固定导电塑料排水板。

进一步的，该装置还包括板管连接器，所述导电塑料排水板通过板管连接器与排水主管连接。

进一步的，该装置还包括显示屏，所述显示屏与微型pH计连接。

进一步的，该装置还包括用于密封试验土样的土工膜、砂垫层、真空膜，用于检测试验土样沉降量的百分表，所述土工膜、砂垫层、真空膜依次铺设于试验土样表面，所述百分表设置于真空膜上方。

EKG电渗法复合直排式真空预压联合法试验方法，包括如下步骤：

步骤1，将预加固试验土样装填进有机玻璃模型槽中，并将试验土样表面整理平整，在试验土样表面依次铺设土工膜、砂垫层和真空膜，进行密封处理；

步骤2，利用电极转换阴极直排真空-电渗法对试验土样进行排水，至排水速率达到52ml/h时转到步骤3；

步骤3，利用不转换电极双侧排水真空-电渗法对试验土样继续排水，直到试验土样的沉降量持续3天低于2mm时停止试验。

优选的，步骤2所述利用电极转换阴极直排真空-电渗法对试验土样进行排水的方法为：将两个导电塑料排水板分别与直流电源的正负极连接，与直流电源正极连接的为阳极板，与负极连接的为阴极板，从试验开始到经过1h、2.5h、4.5h、7h的时间点时转换各导电塑料排水板的电极，并且一直在阴极板侧抽水。

优选的，步骤3所述利用不转换电极双侧排水真空-电渗法对试验土样继续排水的方法为：不再转换各导电塑料排水板的电极，两个导电塑料排水板两侧同时抽水，真空预压和电渗同时进行，直到试验土样的沉降量持续3天低于2mm时停止试验。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1．本发明EKG电渗法复合直排式真空预压联合法试验装置，结构简单合理，操作方便，能用于开展室内EKG电渗法复合直排式真空预压法加固软黏土地基的模型试验，在保证密封性的前提下能够精确测量土体内部的电压，以及监测pH值变化，实时监测土体沉降量变化。

2．本发明使用EKG电渗法复合直排式真空预压法加固软黏土地基，相比于传统真空-电渗法，缩短了排水路径与真空度传递路径，土体加固效果更好，并且使用多功能水泵控制器连接真空泵，保持模型槽内真空度在设计真空度周围，控制真空泵的开关，节约能源。

3．本发明转换电极阴极直排法的使用在一定程度上避免了阳极处真空预压与电渗相互抑制的情况，提高土体处理均匀度；阴极直排真空-电渗法与双侧排水真空-电渗法相结合可以明显提高了试验排水量，加固后的软土地基具有较高的承载力。

附图说明

图1是本发明EKG电渗法复合直排式真空预压联合法试验装置的整体视图。

图2是本发明试验装置中固定导电塑料排水板的有机玻璃块的放大视图。

图3是本发明试验装置中板管连接器连接导管与导电塑料排水板的放大视图。

其中，1为水泵控制器，2为真空泵，3为抽滤瓶，4为电子秤，5为真空表，6为真空管，7为排水主管，8为绝缘接线头，9为板管连接器，10为砂垫层，11为真空膜，12为电势探针，13为导线，14为导电塑料排水板，15为有机玻璃块，16为直流电源，17为孔洞，18为土工膜，19为信息线，20为微型pH计，21为土样，22为百分表，23为有机玻璃模型槽，24为六角螺纹接头，25为螺杆，26为板管连接器上的孔洞。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图1、图2、图3所示，本发明提供的EKG电渗法复合直排式真空预压联合法试验装置，包括有机玻璃模型槽23，模型槽侧壁上开有孔洞17并用橡胶塞密封，微型pH计20可设置在模型槽内部并且通过信息线19穿过橡胶塞与外部电源连接，导电塑料排水板14中包裹有两股铜线，铜线可用绝缘接线头8通过导线13连接再穿过橡胶塞与直流电源16连接，模型槽内部沿长度方向上两侧竖直插入导电塑料排水板14，模型槽底部内表面设置有有机玻璃块15，导电塑料排水板14可通过有机玻璃块15固定在模型槽内；导电塑料排水板14通过板管连接器9与竖向排水主管7连接，排水主管7通过三通接头与真空管6连接再与抽滤瓶3连接，真空管6上侧设置有真空表5，百分表22设置于真空膜11上；抽滤瓶3置于电子秤上4，抽滤瓶3连接真空泵2，多功能水泵控制器1连接真空泵2并连接电源。

在上述实施例中，有机玻璃模型槽23底部内表面设置有有机玻璃块15，用于固定导电塑料排水板14，导电塑料排水板14插入模型槽23中后先用有机玻璃块15夹紧，再用螺杆25将有机玻璃块15和导电塑料排水板14连在一起，再用六角螺纹接头24固定；有机玻璃模型槽23内填土样21的高度可根据不同的试验要求进行变化，有机玻璃模型槽23的侧壁上设有上中下三组带橡胶塞的孔洞17，当进行真空-电渗试验时，连接导电塑料排水板中铜线的导线13穿过砂垫层和橡胶塞，连接直流电源，组成电渗导电系统；当进行pH值监测时，pH计探针插入阳极板附近土体，信息线19穿过砂垫层10及带橡胶塞孔洞17连接显示器，需要监测阴极板土体pH值时，pH计20可以调整至阴极板附近土体，并通过另一侧带橡胶塞孔洞穿出；当进行土中电势测量时，在土中埋设电势探针12，穿过土工膜18、砂垫层10、真空膜11引出；导电塑料排水板14通过板管连接器9、竖向排水主管7、真空管6、抽滤瓶3连接至真空泵，排水主管7与真空管6之间通过两或三通的气动接头紧密连接，保证气密性，抽滤瓶3放置在电子秤4上。

本发明提供的EKG电渗法复合直排式真空预压联合试验方法包括以下步骤：

准备有机玻璃模型槽23，该模型槽适用于不铺设水平排水管的直排式真空预压法、电渗法或者EKG电渗法复合直排式真空预压法，在模型槽23四周内壁上涂抹环氧树脂，减小试验过程中的边界效应；在模型槽23内竖直的布置导电塑料排水板14，并将其固定在所述模型槽23底部内表面，导电塑料排水板14顶部连接好板管连接器9，其中导电塑料排水板14用于外接电源的预留段穿过板管连接器9上事先打设的孔洞26，将露出板管连接器9的预留段铜线用绝缘土工3缠绕和固定，再用绝缘接线头8与预留段连接，穿过橡胶塞引出模型槽23，连接直流电源16。

将配置好的土样21装填进模型槽至土工膜18处，整理土样表面使其平整。

布置测量系统，分别准备三组电势探针12，沿着距阴极排水板2.5cm、10cm、17.5cm的距离打射进土样20cm深度处，然后将pH计20绑定在准备好的钢管上后打射进阳极附近土样20cm深度处，信息线19穿过砂垫层10，带橡胶塞孔洞17连接显示器，连接直流电源16正极的导电塑料排水板为阳极板，连接负极的为阴极板。

布置密封系统，土样表面铺设土工膜18，检查无误后，往模型槽内均匀地装填约3cm厚的砂垫层10，整理其表面使其尽量平整，最后铺设真空膜11，将真空膜11压入模型槽23四周的土体内，并用30%含水率的软黏土回填压实，保证密封性，板管连接器9出膜处用密封胶密封。

布置排水系统，排水系统由竖向排水主管7、真空管6、抽滤瓶3、真空泵2以及多功能水泵控制器1组成，导电塑料排水板14与板管连接器9连接，板管连接器9与排水主管7连接，排水主管7再通过三通接头与真空管6连接，真空管6连接真空表5与抽滤瓶3，真空泵2与抽滤瓶3连接，多功能水泵控制器1与真空泵2连接，组成直排式真空预压的真空排水系统，水泵控制器1控制真空泵2开关，保持真空度稳定，抽滤瓶3放置在电子秤4上，用于实时测量抽水量。

将导电塑料排水板14穿过板管连接器3的预留段用土工绝缘胶带缠绕，再用绝缘电线接头8将导电塑料排水板14通过导线13穿过砂垫层10与带橡胶塞孔洞17引出模型槽23，连接直流电源16。

前期采用电极转换的阴极直排真空-电渗法抽水，阴极直排真空-电渗6~8小时，从试验开始到1h、2.5h、4.5h、7h的时间点时分别转换一次电极并且同时转换抽水电极侧，抽走土样中的水，当试验进行到大约8h左右时，阴极直排真空-电渗法的排水速率达到最大约52ml/h时开始换用双侧排水真空-电渗法，阴阳极同时抽水，并且不再转换电极，排水土体内的水分，待百分表测得土样的沉降量持续3天低于2mm时，即可终止。

在加固初期，土体中含水率较大，利用阴极直排真空-电渗法能够缓解传统真空-电渗法在阳极真空预压和电渗相互抑制的情况，提高排水效率，增大排水量，同时有利于土体处理的均匀程度，并且根据相关试验结果来看，阴极直排真空-电渗法有利于维持土体内的pH值稳定。

EKG为一种新型的导电塑料排水板，基板可导电且耐腐蚀，金属丝贯穿插入基板中，可同时作为电渗电极以及竖向排水板，EKG材料是集排水、真空度传递与电极为一体的新型电极排水板，可将深层地基中的水分有效向上疏导，堆积在浅层土中，双侧排水真空-电渗法能够相对更加强力地抽出土体内的水分，增加土体内排水通道，缩短排水路径。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.EKG电渗法复合直排式真空预压联合法试验装置，其特征在于，包括有机玻璃模型槽、微型pH计、两个内部包裹有两股铜线的导电塑料排水板、排水主管、真空管、真空表、抽滤瓶、电子秤、真空泵、水泵控制器、直流电源；所述有机玻璃模型槽其中两个相对的侧壁上各均匀开有三个孔洞并用橡胶塞密封，微型pH计设置于有机玻璃模型槽内部并经橡胶塞与电源连接；导电塑料排水板竖直设置于有机玻璃模型槽内，且一端固定于有机玻璃模型槽底部内表面上，另一端与排水主管连接；所述铜线经橡胶塞与直流电源连接，所述真空管一端与排水主管连接，另一端与抽滤瓶连接，抽滤瓶置于电子秤上，抽滤瓶连接真空泵，真空泵连接水泵控制器。

2.如权利要求1所述EKG电渗法复合直排式真空预压联合法试验装置，其特征在于，该装置还包括四个有机玻璃块，所述有机玻璃块分别设置于导电塑料排水板的两侧，用于固定导电塑料排水板。

3.如权利要求1所述EKG电渗法复合直排式真空预压联合法试验装置，其特征在于，该装置还包括板管连接器，所述导电塑料排水板通过板管连接器与排水主管连接。

4.如权利要求1所述EKG电渗法复合直排式真空预压联合法试验装置，其特征在于，该装置还包括显示屏，所述显示屏与微型pH计连接。

5.如权利要求1所述EKG电渗法复合直排式真空预压联合法试验装置，其特征在于，该装置还包括用于密封试验土样的土工膜、砂垫层、真空膜，用于检测试验土样沉降量的百分表，所述土工膜、砂垫层、真空膜依次铺设于试验土样表面，所述百分表设置于真空膜上方。

6.EKG电渗法复合直排式真空预压联合法试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将预加固试验土样装填进有机玻璃模型槽中，并将试验土样表面整理平整，在试验土样表面依次铺设土工膜、砂垫层和真空膜，进行密封处理；

步骤2，利用电极转换阴极直排真空-电渗法对试验土样进行排水，至排水速率达到52ml/h时转到步骤3；

步骤3，利用不转换电极双侧排水真空-电渗法对试验土样继续排水，直到试验土样的沉降量持续3天低于2mm时停止试验。

7.如权利要求6所述EKG电渗法复合直排式真空预压联合法试验方法，其特征在于，步骤2所述利用电极转换阴极直排真空-电渗法对试验土样进行排水的方法为：将两个导电塑料排水板分别与直流电源的正负极连接，与直流电源正极连接的为阳极板，与负极连接的为阴极板，从试验开始到经过1h、2.5h、4.5h、7h的时间点时转换各导电塑料排水板的电极，并且一直在阴极板侧抽水。

8.如权利要求6所述EKG电渗法复合直排式真空预压联合法试验方法，其特征在于，步骤3所述利用不转换电极双侧排水真空-电渗法对试验土样继续排水的方法为：不再转换各导电塑料排水板的电极，两个导电塑料排水板两侧同时抽水，真空预压和电渗同时进行，直到试验土样的沉降量持续3天低于2mm时停止试验。