CN214460317U - 一种降低隧道外围砂土饱和度的液化地基处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种降低隧道外围砂土饱和度的液化地基处理装置，所述装置包括线圈和电阻监测元件；所述线圈包括正极线圈和负极线圈，环设于隧道外的可液化砂土地基中，正极线圈和负极线圈之间砂土的实时等效电阻信息可通过电阻监测元件通过无线传输的方式传输给地面的开关。本实用新型采用电解隧道外侧饱和砂土中孔隙水生成H2和O2的方法，将隧道外围饱和液化砂土地基变成减饱和状态的砂土地基，避免了地基充气法的高压空气劈裂隧道外侧砂土地基土体产生地基结构与隧道结构损伤的缺点。
Description
技术领域
本实用新型属于土木建筑工程技术领域，具体涉及一种降低隧道外围砂土饱和度的液化地基处理装置。
背景技术
砂土液化是指饱和疏松的粉细砂突然受到剧烈的震动，土骨架有挤密压缩的趋势，导致砂土中的孔隙水无法在短时间内排出土体，使得土颗粒间的有效应力逐渐减小为零，最终砂土失去抗剪强度，呈现出如液态的震害现象。近几年来，我国隧道基础设施建设快速发展，其中隧道外围砂土液化引起了隧道外围砂土承载力不足，导致隧道局部断裂漏水等损坏相当严重，已引起国内外工程师们的广泛关注。
目前，在实际工程中常采用以置换法、密实法、围封法和灌浆搅拌法为主要措施的易液化土的改良土体性质的措施和以增压法、排水法、加筋法和桩基础处理法为主要措施的改善土体应力应变条件的抗液化措施。这些方法因有造价高的共性，使得在大面积液化地基的应用上受限。随着以物理充气法、化学气泡法、生物气泡法和电解法为主要措施的减饱和法的提出，因其具有便于施工和施工周期短、可大面积处理液化地基、可应用于深部液化地基以及具有良好的经济效益逐渐引起了国内外学者的广泛关注。已有相关研究表明：饱和砂土地基的含气量从0％提高到5％时，砂土的抗液化强度得到显著改善，较之前约可提高2～ 3倍。
实用新型《一种增加地下水含气量的液化地基处理装置及施工方法》(专利号：CN104895044A)公开了一种增加地下水含气量的液化地基处理装置，有效降低了地基的饱和度，提高了地基的抗剪强度，但并不适用于隧道外围呈空心圆柱形饱和砂土地基的减饱和处理。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种降低隧道外围砂土饱和度的液化地基处理装置，克服以往技术无法高效降低隧道外侧砂土饱和度的缺陷。
本实用新型所采用的技术方案为：
一种降低隧道外围砂土饱和度的液化地基处理装置，其特征在于：
所述装置包括线圈和电阻测试元件；
所述线圈包括正极线圈和负极线圈，环设于隧道外的可液化砂土地基中，正极线圈和负极线圈之间连接有能向地面传输电阻信号的电阻测试元件。
所述装置还包括地面上设置的开关和直流电源；
所述直流电源的正极通过导线与正极线圈连接，负极通过导线与负极线圈连接，线路上串联开关。
电阻测试元件将正极线圈和负极线圈之间的实时电阻信息通过无线形式传输到开关；
开关在接收到电阻测试元件发出的信号后闭合或断开。
导线外设置有能绝缘的导线护管。
外侧带有导线护管的导线与直流电源正极相连的线圈预埋在隧道外侧的可液化砂土地基中。
外侧带有导线护管的导线与直流电源负极相连的线圈预埋在隧道外侧的可液化砂土地基中。
本实用新型具有以下优点：
(1)本实用新型采用电解隧道外侧饱和砂土中孔隙水生成H2和O2的方法，将隧道外围饱和液化砂土地基变成减饱和状态的砂土地基，避免了地基充气法的高压空气劈裂隧道外侧砂土地基土体产生地基结构与隧道结构损伤的缺点。
(2)本实用新型利用地表直流电源供电，在施工中不需要大功率供电设备。
(3)本实用新型采用等效电阻元件的检测方法可以实时准确测量隧道外围砂土地基的饱和度，施工质量可控。
(4)本实用新型成本低廉，设备简单，适用于大面积液化地基的处理，使地基达到长期处于减饱和状态的抗液化目的。
附图说明
图1为本实用新型降低隧道外围可液化砂土地基饱和度的原理图。
图中，1为隧道，2为开关，3为直流电源，4为地表覆盖层，5为可液化砂土地基， 6为导线护管，7为导线，8为电阻测试元件，9为线圈，10为电流方向。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。
在电解减饱和的理论基础上，本实用新型提出一种降低一定长度内隧道外围砂土饱和度的液化地基处理装置，在隧道外围可液化地基中通过预埋与地面直流稳压电源的正、负极相连的线圈，将饱和砂土中的部分孔隙水电解成O2和H2，从而达到降低隧道外围砂土饱和度的效果。在维持隧道外围饱和砂土地基不变的基础上，增加隧道外围饱和砂土地基的含气量，使得饱和的砂土地基变为不饱和地基，达到降低隧道外围砂土饱和度的目的。
所述装置包括线圈9和电阻测试元件8；所述线圈9包括正极线圈和负极线圈，环设于隧道1外的可液化砂土地基5中，正极线圈和负极线圈之间连接有能向地面传输电阻信号的电阻测试元件8。
所述装置还包括地面上设置的开关2和直流电源3；所述直流电源3的正极通过导线 7与正极线圈连接，负极通过导线7与负极线圈连接，线路上串联开关2。导线7外设置有能绝缘的导线护管6。
电阻测试元件8将电阻信号传输到开关2，将两线圈之间实时电阻信息通过无线传输的形式将电阻信息传输到开关2。电阻测试元件8为可编程数字化电阻测试元件，为现有设备，可选择能实现上述功能的成熟产品。开关2为载有信息处理系统开关，为现有设备，可选择能实现上述功能的成熟产品。
开关2在接收到电阻测试元件8发出的电阻信号后闭合，电路接通；当电阻测试元件8监测到两线圈之间的等效电阻值低于设定值R1时，向开关2发出开关闭合命令，电路接通；随着接有正负极线圈两侧不断电解出O2和H2，砂土的饱和度降低，两线圈之间的等效电阻值逐渐增大，当电阻测试元件电阻测试元件8监测到的等效电阻值大于设定值R2时，向开关2发出线路断开命令，闭合电路中断。电阻设定值R1为此砂土场地饱和度为 95％时所对应的等效电阻值，电阻设定值R2为此砂土场地饱和度为92％时所对应的等效电阻值，从而使得隧道外围砂土的饱和度始终维持在92％-95％。
外侧带有保护装置7的导线6与电源3正极相连的线圈9预埋在隧道外侧一定距离处的砂土5中。
外侧带有保护装置7的导线6与电源3负极相连的线圈9预埋在隧道外侧一定距离处的可液化砂土地基5中。
降低隧道外围砂土饱和度的液化地基处理方法，包括以下步骤：
步骤一：根据隧道的位置和深度，将分别与直流电源3正、负极连接的线圈9预埋到适当位置；
步骤二：根据线圈9的位置连接与直流电源3相连的导线7，并将导线7的外侧包裹绝缘装置；
步骤三：在正、负极线圈之间连接安装能实时向地面传输电阻信号的电阻测试元件8；
步骤四：在接收到电阻测试元件8发出的信号后，开关2闭合，电路接通；与直流电源3 正、负极相连的线圈9两侧电解饱和地基中的孔隙水分别产生O2和H2；
步骤五：利用电阻测试元件8进行实时监测正负极线圈之间砂土的等效电阻，当电阻测试元件8监测到两线圈之间的等效电阻值低于设定值R1时，向开关2发出开关闭合命令，电路接通；随着正、负极线圈周围不断电解出O2和H2，砂土饱和度降低，两线圈之间的等效电阻值逐渐增大，当电阻测试元件8监测到的等效电阻值大于设定值R2时，向开关2发出线路断开命令，闭合电路中断。电阻设定值R1为此砂土场地饱和度为95％时所对应的等效电阻值，电阻设定值R2为此砂土场地饱和度为92％时所对应的等效电阻值，从而使得隧道外围砂土的饱和度始终维持在92％-95％；
步骤六：定期重复步骤四和五，保持地基长期处于减饱和状态。
步骤四所述的正负极线圈电解分别产生O2和H2，按照下式进行计算：
与电源正极相连线圈：4OH--4e-＝2H2O+O2↑
与电源负极相连线圈：2H++2e-＝H2↑
总反应式：2H2O＝2H2↑+O2↑
本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种降低隧道外围砂土饱和度的液化地基处理装置，其特征在于：
所述装置包括线圈(9)和电阻测试元件(8)；
所述线圈(9)包括正极线圈和负极线圈，环设于隧道(1)外的可液化砂土地基(5)中，正极线圈和负极线圈之间连接有能向地面传输电阻信号的电阻测试元件(8)。
2.根据权利要求1所述的一种降低隧道外围砂土饱和度的液化地基处理装置，其特征在于：
所述装置还包括地面上设置的开关(2)和直流电源(3)；
所述直流电源(3)的正极通过导线(7)与正极线圈连接，负极通过导线(7)与负极线圈连接，线路上串联开关(2)。
3.根据权利要求2所述的一种降低隧道外围砂土饱和度的液化地基处理装置，其特征在于：
电阻测试元件(8)将正极线圈和负极线圈之间的实时电阻信息通过无线形式传输到开关(2)；
开关(2)在接收到电阻测试元件(8)发出的信号后闭合或断开。
4.根据权利要求3所述的一种降低隧道外围砂土饱和度的液化地基处理装置，其特征在于：
导线(7)外设置有能绝缘的导线护管(6)。
5.根据权利要求4所述的一种降低隧道外围砂土饱和度的液化地基处理装置，其特征在于：
外侧带有导线护管(6)的导线(7)与直流电源(3)正极相连的线圈(9)预埋在隧道(1)外侧的可液化砂土地基(5)中。
6.根据权利要求5所述的一种降低隧道外围砂土饱和度的液化地基处理装置，其特征在于：
外侧带有导线护管(6)的导线(7)与直流电源(3)负极相连的线圈(9)预埋在隧道(1)外侧的可液化砂土地基(5)中。
Priority Applications (1)
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| CN202023031150.9U CN214460317U (zh) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | 一种降低隧道外围砂土饱和度的液化地基处理装置 |
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| CN202023031150.9U CN214460317U (zh) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | 一种降低隧道外围砂土饱和度的液化地基处理装置 |
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| CN202023031150.9U Active CN214460317U (zh) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | 一种降低隧道外围砂土饱和度的液化地基处理装置 |
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| CN (1) | CN214460317U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112323770A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-02-05 | 中铁第一勘察设计院集团有限公司 | 降低隧道外围砂土饱和度的液化地基处理装置及方法 |
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2020
- 2020-12-16 CN CN202023031150.9U patent/CN214460317U/zh active Active
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