CN108508187A - 超声波振动真空预压试验系统 - Google Patents

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雷华阳
胡垚
冯双喜
李宸元
孙晓芳
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Tianjin University
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/02—Improving by compacting
    • E02D3/10—Improving by compacting by watering, draining, de-aerating or blasting, e.g. by installing sand or wick drains

Abstract

本发明涉及一种超声波振动真空预压试验系统，包括用于容纳试验土样的模型箱，在试验土样内插入有排水板；排水板通过排水板‑钢丝软管转换接头与软管相连，软管与设置有真空压力表的水气分离罐相连，水气分离罐通过软管和控制阀与真空泵相连，所述的排水板为超声波振动排水板，在其上固定有与超声波发生器相连的超声波换能器。本发明能够有效防止排水板淤堵，提高真空预压排水固结速率，加快孔隙水压力消散，改善土体加固效果。

Description

超声波振动真空预压试验系统
技术领域
本发明涉及一种超声波振动真空预压试验系统。
背景技术
随着公共交通基础设施大规模的开发建设，人口密集的沿海地区对土地资源的需求日益增加，土地资源紧缺已经严重影响和阻碍到城市化进程的发展，同时也是制约沿海资源发展的一个关键问题。许多国家和地区通过围海造陆来解决这一问题，真空预压法是软土或超软土地基处理主要方式之一。常规的真空预压法是在软土地基中打设塑料排水板作为竖直排水通道，然后在地基表面铺垫一定厚度的砂垫层，并在砂垫层中铺设排水滤管，再将密封膜铺设在砂垫层之上，薄膜四周埋压入土中，通过埋设在砂垫层中的排水滤管，使用真空泵进行抽气，在真空负压的作用下，砂垫层和排水板中逐步形成负压，同时排水板和周围土体之间形成压力差，土体中的孔隙水在压力差的作用下渗流到排水板中，通过排水滤管排出，使得土体中孔隙水压力消散，有效应力增加，以达到加固土体的目的。
常规真空预压处理软基时，往往加固效果有限，表现为前期固结排水量大,排水效果明显，到了后期排水效果显著下降，且塑料排水板附近出现土体的聚合团块，而远离排水板处土体性状未见显著变化，这严重影响了地基处理效果。究其原因，是因为在排水板滤膜结构的外侧，由于土颗粒的聚集形成了相对致密的淤堵层，真空负压荷载难以通过淤堵层传递到淤堵层以外的土体之中，而土体中原有的水和气体又难以穿过淤堵层进入人工排水系统排出。
近年来，国内外学者和工程工作者在不断的实践经验中发展了许多不同类型的改进真空预压方法，包括真空-堆载联合预压法、真空排水-强夯联合加固法、高真空击密法、水下真空预压法、低位真空预压法、立体真空预压法、电渗-真空降水联合加固法、电渗-真空降水-低能量强夯联合加固法、真空-注气加固法、劈裂真空预压法、真空降水联合冲压法、真空预压-石灰稳定联合加固法等等。
虽然各式各样的改进真空预压方法能够一定程度地改善土体加固效果，但真空预压方法本身存在的缺陷仍然不能完全避免，尤其是排水板淤堵问题，亟待继续研究与开发。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可以用于防止排水板淤堵的超声波振动真空预压加固软土、超软土的试验系统，采用本发明能够有效防止排水板淤堵，提高真空预压排水固结速率，加快孔隙水压力消散，改善土体加固效果。本发明的技术方案如下:
一种超声波振动真空预压试验系统，包括用于容纳试验土样的模型箱，在试验土样内插入有排水板；排水板通过排水板-钢丝软管转换接头与软管相连，软管与设置有真空压力表的水气分离罐相连，水气分离罐通过软管和控制阀与真空泵相连，其特征在于，所述的排水板为超声波振动排水板，在其上固定有与超声波发生器相连的超声波换能器。
优选地，水气分离罐置于电子秤上方。在试验土样上先铺设有无纺土工织布，再铺设有密封膜。
本发明具有以下几个优点:
(1)本发明是一个超声波振动真空预压试验系统，利用超声波振动施工噪音小、对土体扰动小以及功率输出稳定均匀等特点，研究超声波振动真空预压施工工艺，此系统满足绿色施工的要求；
(2)超声波振动从微观(分子层面)角度对排水板周围的微小土颗粒进行振动，且超声波能量非常均匀的分布在排水板的周围；
(3)该系统对排水板淤堵有显著的改善作用，加速排水，促进孔压消散，加快超软土地基的固结速度，改善土体加固效果。
附图说明
图1是本发明的超声波振动真空预压试验系统布置图。
图2是本发明的超声波发射装置及超声波振动排水板示意图。
图中标号说明：1排水板；2超声波换能器；3排水板-钢丝软管转换接头；4无纺土工织布；5密封膜；6有机玻璃模型箱；7数据信号线；8钢丝软管；9超声波发生器；10超声波发生器开关；11水气分离罐；12真空压力表；13真空泵；14真空压力控制阀；15电子称；16试验土样。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行说明。
参见图1和图2，本发明提供一种超声波振动真空预压试验系统，具体试验装置连接包括，在有机玻璃模型箱6中加入试验土样16，在土样中插入超声波振动排水板(排水板1与超声波换能器2组合而成),超声波振动排水板一端通过数据信号线7与带有开关10的超声波发生器9连接，另一端与连有钢丝软管8的排水板-钢丝软管转换接头3相连；在试验土样的上面先铺设一层无纺土工布4，在无纺土工布4上面铺设一层密封膜5；钢丝软管8与安装有真空压力表12的水气分离罐11相连，将水气分离罐置于电子秤15上方，并与带有控制阀14的真空泵13相连。
实验步骤为:
(1)在有机玻璃模型箱6中放入一定厚度的吹填土试验土样16；
(2)铺设无纺土工织布4，并插入超声波振动排水板1、2；
(3)连接排水板1和钢丝软管8，并与排水板-钢丝软管转换接头3连接；
(4)将水气分离罐11放置于电子秤15上方；
(5)将钢丝软管8和真空泵13连接到安装有真空表12的水气分离罐11上,之后铺设密封膜5，并检查装置的气密性，使水气分离罐的真空压力的读数达到设定值；
(6)打开真空泵13,抽真空加载，进行真空预压试验；
(7)通过采集仪记录孔压、沉降量等数据，通过电子秤15读数记录排水量；
(8)当排水量较少时，打开超声波发生器9的开关10，对排水板周围土体进行振动一段时间后关闭，观察采集仪和电子称读数变化；
(9)步骤(8)往复循环多次，直到排水量基本不变为止；
(10)关闭真空泵并卸载，试验结束。
本发明的工作原理是:在常规真空预压法的基础上对排水板进行改进，在排水板纵向安装超声波发射装置，改造为超声波振动排水板，抽一段时间真空后，打开超声波振动发射装置，超声波射入排水板，使水分子振动并产生无数微小气泡。气泡沿超声传播方向在负压区形成、生长，并在正压区迅速闭合而产生上千个大气压的瞬间高压而爆破，形成无数微观高压冲击波作用于排水板表面。此即超声波与液体发生的“空化效应”。从而将吸附在排水板表面的微小土颗粒振离排水板，有效防止排水板淤堵，提高真空预压排水固结速率，加快孔隙水压力消散，改善土体加固效果。

Claims (3)

1.一种超声波振动真空预压试验系统，包括用于容纳试验土样的模型箱，在试验土样内插入有排水板；排水板通过排水板-钢丝软管转换接头与软管相连，软管与设置有真空压力表的水气分离罐相连，水气分离罐通过软管和控制阀与真空泵相连，其特征在于，所述的排水板为超声波振动排水板，在其上固定有与超声波发生器相连的超声波换能器。
2.根据权利要求1所述的超声波振动真空预压试验系统，其特征在于，水气分离罐置于电子秤上方。
3.根据权利要求1所述的超声波振动真空预压试验系统，其特征在于，在试验土样上先铺设有无纺土工织布，再铺设有密封膜。
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