CN109725127A - 一种超声波促进软黏土排水固结的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波促进软黏土排水固结的试验装置，包括土样室、压力系统、超声波发射系统和测量系统，所述土样室包括底座以及有机玻璃桶，所述底座上设有过滤层和透水层以及与透水层连通的排水管和排水阀，所述压力系统包括施力组件以及与土样顶面接触的传力板，所述传力板上还设有排气阀，所述超声波发射系统包括超声波发生器以及若干与其连接的超声波换能器，所述超声波换能器均匀分布在所述传力板上，所述测量系统包括若干声强探头、若干孔压计、电子秤以及排水容器，所述有机玻璃桶侧壁沿高度方向还设有若干用于所述声强探头、所述孔压计安装的孔洞以及安装架，所述电子秤用于称量所述排水容器中水量。本发明具有使用方便、数据可靠的特点。

Description

一种超声波促进软黏土排水固结的试验装置

技术领域

本发明涉及一种超声波促进软黏土排水固结的试验装置，属于地基处理实验仪器技术领域。

背景技术

饱和软黏土在我国分布广泛，主要是由极细粒径的黏土胶状物组成，颗粒直径达到微米级，微小的土颗粒通常具有很小的孔径和很大的比表面积，表面带电现象非常明显，在其电场作用下颗粒表面形成较厚的结合水膜。结合水膜增加了孔隙水流的粘滞性，造成孔隙水的排除困难。结合水膜的存在对土体的工程性质有着极大的影响，破坏土中的结合水能够促进孔隙水的排除，加速土体的固结，提早达到设计所需的强度。

目前常用的方法有对土体施加荷载或者抽真空以及电渗排水固结等，但均未考虑结合水对孔隙水排除的影响，而超声波的机械作用和空化作用能够破除结合水膜中的氢键，使得结合水转化成自由水，减小孔隙水的粘滞性，提高渗透性。因此，需要通过模型试验来研究超声波对软黏土排水固结的影响，明确超声波作用下软黏土的排水规律。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种使用方便、数据可靠的用于超声波促进软黏土排水固结的试验装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种超声波促进软黏土排水固结的试验装置，包括土样室、压力系统、超声波发射系统和测量系统，所述土样室包括底座以及有机玻璃桶，所述底座上设有过滤层和透水层以及与透水层连通的排水管和排水阀，所述压力系统包括施力组件以及与土样顶面接触的传力板，所述传力板上还设有排气阀，所述超声波发射系统包括超声波发生器以及若干与其连接的超声波换能器，所述超声波换能器均匀分布在所述传力板上，所述测量系统包括若干声强探头、若干孔压计、电子秤以及排水容器，所述有机玻璃桶侧壁沿高度方向还设有若干用于所述声强探头、所述孔压计安装的孔洞以及安装架，所述电子秤用于称量所述排水容器中水量。

进一步的，所述底座上设有二级阶梯状凹槽，一级阶梯高度和所述过滤层以及所述透水层高度一致，二级阶梯宽度与所述有机玻璃桶宽度一致，接缝处设有密封圈。

进一步的，所述超声波换能器通过耦合胶水粘在所述传力板上。

进一步的，所述施力组件包括若干砝码、承压板以及传力螺杆，所述承压板上用于放置砝码，底部通过所述传力螺杆与所述传力板螺栓连接。

进一步的，所述安装架包括两个对称分布在所述有机玻璃桶两侧分别用于安装所述声强探头与所述孔压计的拉杆以及环形顶盖，所述环形顶盖上设有卡槽与所述有机玻璃桶顶部卡接，所述拉杆两端分别与所述环形顶盖和所述底座螺栓连接。

进一步的，所述过滤层为滤纸，所述透水层为透水石。

本发明所达到的有益效果：本装置可用于测量有无施加超声波情况下的土体排水规律，并且本装置中超声波施加方向、堆载压力方向和实际工程情况吻合，所得数据可靠度高，可用于分析超声波能量和孔压沿深度方向的变化规律。

附图说明

图1是实施例结构示意图；

附图标记说明：1—砝码，2—承重板，3—传力螺杆，4—环形顶盖，5—传力板，6—排水阀，7—透水石，8—滤纸，9—有机玻璃桶，10—拉杆，11—橡胶圈，12—底座，13—支座，14—孔压计，15—声强探头，16—排气阀，17—超声波发生器，18—铜导线，19—超声波换能器，20—耦合胶水，21—量杯，22—电子秤，23—土样。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种超声波促进软黏土排水固结的试验装置，包括土样室、压力系统、超声波发射系统和测量系统，土样室包括底座12以及有机玻璃桶9，底座9上设有二级阶梯状凹槽，一级阶梯凹槽用于依次放置滤纸8和透水石7，其高度与滤纸高度一致，侧边设有排水孔，与排水管连接，排水管上还设有控制开关的排水阀6，二级阶梯宽度与有机玻璃桶宽度一致，用于与有机玻璃桶9卡接，接缝处设有橡胶密封圈。有机玻璃桶9两边分别安装有两个拉杆10，底部设有环形顶盖4，其中环形顶盖4上设有卡槽，用于与有机玻璃桶9卡接，而拉杆10上下两端分别与环形顶盖4与底座12通过螺栓进行固定，一方面用于声强探头15与孔压计14的安装，另一方面可以使底座12、有机玻璃桶9以及环形顶盖4形成一个稳定的整体，有机玻璃桶9侧壁上对应的设有若干孔洞，用于声强探头15与孔压计14安装，孔洞处进行密封处理，避免漏水，压力系统包括施力组件以及与土样顶面接触的传力板5，施力组件包括若干砝码1、承压板2以及传力螺杆3，承压板2上用于放置砝码1，底部通过传力螺杆3与传力板5螺栓连接，传力板上还设有可开关的排气阀16，超声波发射系统包括超声波发生器17以及若干通过导线18与其连接的超声波换能器19，超声波换能器19均匀分布在传力板上，底部通过耦合胶水20粘在传力板上，可以增强超声波的传递。测量系统包括上面所述的声强探头15、孔压计14、电子秤22以及量杯21，量杯21用于容纳排出的水，电子秤则用于称量量杯21中的水量。

具体操作方法如下：

将基座12、有机玻璃桶9、环形顶盖4和橡胶圈11拼装好后置于水平工作台上，关闭排水阀6。

安装基座内的透水石7、滤纸8，透水石和滤纸在试验前充分润湿饱和。

将土样23充分搅拌均匀，然后分层填入有机玻璃桶，并对装入土样的高度、质量、含水率等参数进行测定。

在有机玻璃桶两侧插入孔压计14和声强探头15，并将探针和有机玻璃桶接缝处密封，防止漏水，探针在试验前应充分湿润饱和。

打开排气阀16，将传力板5缓慢放置于土样上，传力板四周事先涂好凡士林，然后关闭排气阀。利用耦合胶水20将超声波换能器19粘在传力板上，并通过铜导线18将超声波换能器连接到超声波发生器17上。

承重板2通过传力螺杆3连接在传力板5上，承重板上放置一定质量的砝码1，打开排水阀6，收集从土体中排出的水。

记录不同时刻孔隙水压力和流出水的质量以及土体的沉降量直至无水排出。

打开超声波发生器17的开关，超声波装换器19便会发出定向的超声波，超声波穿过耦合胶水20和传力板5作用于土体23上。

记录施加超声波后不同时刻不同深度的声强值、孔压分布、排水量和沉降量直至无排水量和沉降量。

整理试验数据，根据试验数据对超声波促进软黏土排水固结的效果进行评价，并得到超声波对土样常规加载固结的提升程度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种超声波促进软黏土排水固结的试验装置，其特征是，包括土样室、压力系统、超声波发射系统和测量系统，所述土样室包括底座以及有机玻璃桶，所述底座上设有过滤层和透水层以及与透水层连通的排水管和排水阀，所述压力系统包括施力组件以及与土样顶面接触的传力板，所述传力板上还设有排气阀，所述超声波发射系统包括超声波发生器以及若干与其连接的超声波换能器，所述超声波换能器均匀分布在所述传力板上，所述测量系统包括若干声强探头、若干孔压计、电子秤以及排水容器，所述有机玻璃桶侧壁沿高度方向还设有若干用于所述声强探头、所述孔压计安装的孔洞以及安装架，所述电子秤用于称量所述排水容器中水量。

2.根据权利要求1所述的一种超声波促进软黏土排水固结的试验装置，其特征是，所述底座上设有二级阶梯状凹槽，一级阶梯高度和所述过滤层以及所述透水层高度一致，二级阶梯宽度与所述有机玻璃桶宽度一致，接缝处设有密封圈。

3.根据权利要求1所述的一种超声波促进软黏土排水固结的试验装置，其特征是，所述超声波换能器通过耦合胶水粘在所述传力板上。

4.根据权利要求1所述的一种超声波促进软黏土排水固结的试验装置，其特征是，所述施力组件包括若干砝码、承压板以及传力螺杆，所述承压板上用于放置砝码，底部通过所述传力螺杆与所述传力板螺栓连接。

5.根据权利要求1所述的一种超声波促进软黏土排水固结的试验装置，其特征是，所述安装架包括两个对称分布在所述有机玻璃桶两侧分别用于安装所述声强探头与所述孔压计的拉杆以及环形顶盖，所述环形顶盖上设有卡槽与所述有机玻璃桶顶部卡接，所述拉杆两端分别与所述环形顶盖和所述底座螺栓连接。

6.根据权利要求1所述的一种超声波促进软黏土排水固结的试验装置，其特征是，所述过滤层为滤纸，所述透水层为透水石。