CN110274861A - 一种非饱和土电渗试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非饱和土电渗试验装置及方法，包括试验桶、底座、环形电极、盖板、柱状电极、直流电源、试验土体金属探针、用于检测直流电源输出电流的第一万用表以及用于检测试验土体金属探针上电压的第二万用表；试验桶位于底座上，环形电极沿周向设置于试验桶的内壁上，试验桶的顶部开口，盖板覆盖于试验桶的顶部开口处，柱状电极穿过盖板插入于试验桶内，试验土体金属探针穿过盖板插入于试验桶内，直流电源与柱状电极及环形电极相连接，柱状电极及环形电极均与底座相连接，该装置及方法能够较为真实的模拟电势作用下非饱和土的水分迁移规律，并且操作简单，且电势差可调。
Description
技术领域
本发明属于土工试验技术领域，涉及一种非饱和土电渗试验装置及方法。
背景技术
电渗法是一种利用电能对地基进行加固的地基处理方法。在直流电场中，本身带有负电荷的粘土颗粒向阳极移动，水化阳离子和水分子一起向阴极移动。实例证明，电渗法可以使土体的含水率在短时间内降低，完成固结以提高土体强度，相比常规地基处理方法，电渗法能加快地基处理的进度。目前，国内外电渗法的研究主要为室内一维立方体模型试验，考虑到实际工况，一维立方体模型具有以下不足之处：(1)模型简单，不能模拟实际工况；(2)无法控制电场边界；(3)电极形式及设置方法单一；(4)试验过程中不能灵活测试土体电势差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种非饱和土电渗试验装置及方法，该装置及方法能够较为真实的模拟电势作用下非饱和土的水分迁移规律，并且操作简单，且电势差可调。
为达到上述目的，本发明所述的非饱和土电渗试验装置包括试验桶、底座、环形电极、盖板、柱状电极、直流电源、试验土体金属探针、用于检测直流电源输出电流的第一万用表以及用于检测试验土体金属探针上电压的第二万用表；
试验桶位于底座上，环形电极沿周向设置于试验桶的内壁上，试验桶的顶部开口，盖板覆盖于试验桶的顶部开口处，柱状电极穿过盖板插入于试验桶内，试验土体金属探针穿过盖板插入于试验桶内，直流电源与柱状电极及环形电极相连接，柱状电极及环形电极均与底座相连接。
盖板为不透明毛玻璃材质。
盖板的中心位置处开设有用于供柱状电极穿过的中心圆孔，盖板上设置有用于供试验土体金属探针穿过的槽孔，其中，槽孔与中心圆孔相连通。
盖板的半径及厚度分别为155mm及5mm，中心圆孔的直径为20mm，槽孔的宽度为20mm。
试验桶由两个圆柱弧壁拼合而成，且试验桶的内径及壁厚分别为135mm及5mm。
底座上设置有圆形凹槽，试验桶的底部内嵌于所述圆形凹槽内。
底座为长方体结构，且底座的长宽高分别为350mm、350mm及50mm，圆形凹槽半径为140mm。
柱状电极的直径为10mm；
环形电极为片状结构、网状结构或者六边形结构；
试验土体金属探针的直径为1.5mm。
本发明所述的非饱和土电渗试验方法包括以下步骤：
1)经土样分层填入试验桶中，并在土样的表面附一层保鲜膜，将试验土体金属探针插入于土样内，再将直流电源与环形电极与柱状电极相连接；
2)盖上盖板，并静置24h；
3)设定直流电源的输出电压，再打开直流电源，开始进行电渗，记录第一万用表的电流读数和第二万用表的电压读数，直至实验时间到达；
4)关闭直流电源，打开盖板，取出柱状电极，将试验桶从底座上移出，取出土样，测量土样不同位置的含水率，然后根据土样不同位置的含水率得非饱和土电渗试验水分迁移规律。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的非饱和土电渗试验装置及方法在具体操作时，通过直流电源调节并向柱状电极及环形电极施加的电势，通过第一万用表测量施加到试验土体的电流，通过第二万用表测量试验土体金属探针处土体的电势，以模拟电势作用下非饱和土的水分迁移规律，并且操作简单，且电势差可调，实用性极强。
进一步，试验桶由两个圆柱弧壁拼合而成，试验结束后，可以拆除试验桶，将土样取出，便于土样不同位置含水率的测量。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中盖板5的结构示意图；
图3为本发明中底座8的结构示意图；
图4为本发明中试验桶6的示意图。
其中，1为直流电源、2为第一万用表、3为第二万用表、4为柱状电极、5为盖板、6为试验桶、7为环形电极、8为底座、9为试验土体金属探针。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1、图2、图3及图4，本发明所述的非饱和土电渗试验装置包括试验桶6、底座8、环形电极7、盖板5、柱状电极4、直流电源1、试验土体金属探针9、用于检测直流电源1输出电流的第一万用表2以及用于检测试验土体金属探针9上电压的第二万用表2；试验桶6位于底座8上，环形电极7沿周向设置于试验桶6的内壁上，试验桶6的顶部开口，盖板5覆盖于试验桶6的顶部开口处，柱状电极4穿过盖板5插入于试验桶6内，试验土体金属探针9穿过盖板5插入于试验桶6内，直流电源1与柱状电极4及环形电极7相连接，柱状电极4及环形电极7均与底座8相连接，其中，盖板5为不透明毛玻璃材质。
盖板5的中心位置处开设有用于供柱状电极4穿过的中心圆孔，盖板5上设置有用于供试验土体金属探针9穿过的槽孔，其中，槽孔与中心圆孔相连通；盖板5的半径及厚度分别为155mm及5mm，中心圆孔的直径为20mm，槽孔的宽度为20mm；试验桶6由两个圆柱弧壁拼合而成，且试验桶6的内径及壁厚分别为135mm及5mm。
底座8上设置有圆形凹槽，试验桶6的底部内嵌于所述圆形凹槽内；底座8为长方体结构，且底座8的长宽高分别为350mm、350mm及50mm，圆形凹槽半径为140mm；柱状电极4的直径为10mm；环形电极7为片状结构、网状结构或者六边形结构；试验土体金属探针9的直径为1.5mm。
本发明所述的非饱和土电渗试验方法包括以下步骤：
1)经土样分层填入试验桶6中，并在土样的表面附一层保鲜膜，将试验土体金属探针9插入于土样内，再将直流电源1与环形电极7与柱状电极4相连接；
2)盖上盖板5，并静置24h；
3)设定直流电源1的输出电压，再打开直流电源1，开始进行电渗，记录第一万用表2的电流读数和第二万用表3的电压读数，直至实验时间到达；
4)关闭直流电源1，打开盖板5，取出柱状电极4，将试验桶6从底座8上移出，取出土样，测量土样不同位置的含水率，然后根据土样不同位置的含水率得非饱和土电渗试验水分迁移规律。
试验结束后，得到非饱和土电阻率和界面电阻，靠近阳极区域土体的含水率低于初始含水率，靠近阴极区域土体的含水率高于初始含水率，得到电势作用下非饱和土水分迁移规律。
另外，需要说明的是，本发明在具体操作中，柱状电极4与环形电极7在接入电路时，正负性可互换。
以上所述仅为本发明的一种实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种非饱和土电渗试验装置，其特征在于，包括试验桶(6)、底座(8)、环形电极(7)、盖板(5)、柱状电极(4)、直流电源(1)、第一万用表(2)、第二万用表(3)、试验土体金属探针(9)、用于检测直流电源(1)输出电流的第一万用表(2)以及用于检测试验土体金属探针(9)上电压的第二万用表(2)；
试验桶(6)位于底座(8)上，环形电极(7)沿周向设置于试验桶(6)的内壁上，试验桶(6)的顶部开口，盖板(5)覆盖于试验桶(6)的顶部开口处，柱状电极(4)穿过盖板(5)插入于试验桶(6)内，试验土体金属探针(9)穿过盖板(5)插入于试验桶(6)内，直流电源(1)与柱状电极(4)及环形电极(7)相连接，柱状电极(4)及环形电极(7)均与底座(8)相连接。
2.根据权利要求1所述的非饱和土电渗试验装置，其特征在于，盖板(5)为不透明毛玻璃材质。
3.根据权利要求1所述的非饱和土电渗试验装置，其特征在于，盖板(5)的中心位置处开设有用于供柱状电极(4)穿过的中心圆孔，盖板(5)上设置有用于供试验土体金属探针(9)穿过的槽孔，其中，槽孔与中心圆孔相连通。
4.根据权利要求3所述的非饱和土电渗试验装置，其特征在于，盖板(5)的半径及厚度分别为155mm及5mm，中心圆孔的直径为20mm，槽孔的宽度为20mm。
5.根据权利要求1所述的非饱和土电渗试验装置，其特征在于，试验桶(6)由两个圆柱弧壁拼合而成，且试验桶(6)的内径及壁厚分别为135mm及5mm。
6.根据权利要求1所述的非饱和土电渗试验装置，其特征在于，底座(8)上设置有圆形凹槽，试验桶(6)的底部内嵌于所述圆形凹槽内。
7.根据权利要求6所述的非饱和土电渗试验装置，其特征在于，底座(8)为长方体结构，且底座(8)的长宽高分别为350mm、350mm及50mm，圆形凹槽半径为140mm。
8.根据权利要求1所述的非饱和土电渗试验装置，其特征在于，柱状电极(4)的直径为10mm；
环形电极(7)为片状结构、网状结构或者六边形结构；
试验土体金属探针(9)的直径为1.5mm。
9.一种非饱和土电渗试验方法，其特征在于，基于权利要求1所述的非饱和土电渗试验装置，包括以下步骤：
1)经土样分层填入试验桶(6)中，并在土样的表面附一层保鲜膜，将试验土体金属探针(9)插入于土样内，再将直流电源(1)与环形电极(7)与柱状电极(4)相连接；
2)盖上盖板(5)，并静置24h；
3)设定直流电源(1)的输出电压，再打开直流电源(1)，开始进行电渗，记录第一万用表(2)的电流读数和第二万用表(3)的电压读数，直至实验时间到达；
4)关闭直流电源(1)，打开盖板(5)，取出柱状电极(4)，将试验桶(6)从底座(8)上移出，取出土样，测量土样不同位置的含水率，然后根据土样不同位置的含水率得非饱和土电渗试验水分迁移规律。
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