一种真空-电渗-高压联合加固软黏土的室内模型试验装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种真空‑电渗‑高压联合加固软黏土的室内模型试验装置和方法，其中真空‑电渗‑高压联合加固软黏土的室内模型试验装置包括模型箱、真空排水系统、电渗系统和高压充气系统，所述模型箱由圆柱形桶体、模型箱盖、多重高压保护系统组成；所述真空排水系统包括插入土体的竖向排水体、砂垫层、排水管路、汽水分离瓶、油汽分离瓶及真空泵；所述电渗系统包括电极、导线和直流电源；所述高压充气系统包括高压充气泵、充气管及充气帽。通过本发明专利技术的装置可以对软黏土试样开展真空‑电渗‑高压联合加固或单独作用的室内模型试验，能够提高膜内外压力差，同时对高压环境采取多重保护措施，使软黏土均匀快速排水固结。

An Indoor Model Test Device and Method for Vacuum-Electroosmosis-High Pressure Combined Reinforcement of Soft Clay

The invention discloses an indoor model test device and method for consolidating soft clay by vacuum, electroosmosis and high pressure. The indoor model test device for consolidating soft clay by vacuum, electroosmosis and high pressure includes a model box, a vacuum drainage system, an electroosmosis system and a high pressure aeration system. The model box consists of a cylinder barrel body and a high pressure aeration system. The vacuum drainage system includes vertical drainage body, sand cushion, drainage pipeline, vapor-water separating bottle, oil-vapor separating bottle and vacuum pump inserted into soil body; the electroosmosis system includes electrodes, conductors and direct current power supply; and the high-pressure inflating system includes high-pressure inflating pump, inflating pump. Tube and inflatable cap. The device of the invention can carry out indoor model tests of vacuum, electroosmosis and high pressure combined reinforcement or single action for soft clay samples, can improve the pressure difference inside and outside the membrane, and take multiple protective measures for high pressure environment, so as to make the soft clay uniformly and rapidly drainage and consolidation.

【技术实现步骤摘要】
一种真空-电渗-高压联合加固软黏土的室内模型试验装置和方法
本专利技术涉及岩土工程领域，特别是一种真空-电渗-高压联合加固软黏土的室内模型试验装置和方法，用于加快软黏土地基的排水固结。
技术介绍
土地作为一种宝贵的有限资源，为城乡环境的调节、净化、循环和缓冲等提供生态服务功能，人类必须充分、合理的开发和利用每一寸土地。在开发利用土地的过程中不可避免的会遇到软黏土地基地质条件，软黏土多分布于沿海、河流中下游或湖泊附近地区，具有天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、渗透性小等特点。近年来，吹填工程和疏浚工程日渐增多，相比天然沉积的软黏土，含水量更高、强度更低，表现出更强的欠固结特性和可压缩特性。在开发和利用软黏土地基的过程中面临不少困难和挑战。排水固结法是软黏土地基常用的处理方法，包括真空预压法、堆载预压法、电渗法等。真空预压法是通过膜内外形成的气压差，使土体产生固结压力，现有的研究所产生的膜内外压力差无法超过标准大气压约为100kPa，这使得真空预压法排水固结速率受限于软黏土的渗透系数，加固时间较长，对地基承载力提高有限，往往仅能形成一层硬壳层。堆载预压法存在堆载材料不足以及易导致软黏土地基失稳等问题，电渗法则存在汇聚在阴极处的水不易收集等问题，现有的软黏土地基处理方法难以获得理想的加固效果。
技术实现思路
专利技术目的：提供一种真空-电渗-高压联合加固软黏土的室内模型试验装置和方法，通过提高膜内外压力差，加速软黏土的排水固结，解决现有技术存在的上述问题。技术方案：一种真空-电渗-高压联合加固软黏土的室内模型试验装置，包括：桶体，具有一用于盛装软黏土的收容腔和一开放端口，桶体侧壁开有电源线出口和排水通孔；箱盖，与桶体适配，用于密封所述开放端口，箱盖上设置有安全阀、排气阀和充气帽，箱盖与桶体之间设置有密封胶圈；充气单元，包括充气泵，所述充气泵通过充气管延伸至箱盖内侧，并与空气帽连通；电渗单元，包括位于桶体两侧的电极，与所述电极连接并穿过电源线出口延伸至桶体外侧的导线，以及与导线连接的电源；排水单元，包括位于桶体内侧的排水管，排水管的一端在桶体内沿水平方向延伸，另一端延伸至排水通孔，通过连接管与所述排水管连接的汽水分离瓶，与所述汽水分离瓶连通的油汽分离瓶，以及与所述油汽分离瓶连通的真空泵；所述软黏土层上方设置有砂垫层，所述排水管位于所述砂垫层中，所述砂垫层的上方铺设一层真空密封膜，所述真空密封膜的端部压紧于箱盖与桶体之间。在进一步的实施例中，所述箱盖与桶体之间螺接固定。在进一步的实施例中，所述箱盖的侧部设置有安全窗。在进一步的实施例中，所述限压阀位于盖体内侧的部分安装有防堵罩，所述防堵罩设置有若干通孔，外周或内周设置有覆盖所述通孔的滤布。在进一步的实施例中，所述充气帽上设置有若干充气孔。在进一步的实施例中，所述电源线出口与排水管出口上设置有密封用的橡胶塞。在进一步的实施例中，所述排水管上设置有若干透水孔。在进一步的实施例中，所述安全阀的工作压力范围为120～150kPa。一种真空-电渗-高压联合加固软黏土的室内模型试验装置，包括：圆柱形桶体，桶身开设有若干出口，可塞入橡胶塞，用于穿出模型箱内布置的管线。模型箱盖，与模型箱通过螺纹连接，模型箱盖上设置有安全阀、安全窗和限压阀。密封胶圈，放置在模型箱与模型箱盖连接处，一方面用于防止漏气，另一方面在装置内压力超过180kPa、无法释放压力时，安全窗开启，起到防爆作用。限压阀，内部装有排气管，排气管底部装有防堵罩，防堵罩可拆除清洗，防止土颗粒堵塞排气管。限压阀可调节，用于控制装置内压力在120～150kPa范围内，当装置内气压超过120kPa，限压阀帽会被顶起，装置内部的气体通过限压阀内部的排气管排出，当装置内气压低于120kPa，限压阀在重力作用下下落，封闭内部的排气管。安全阀，用于限制装置内压力不超过设计值160kPa，当装置内压力超过该值时，硅胶制的安全阀被挤压，排气阀打开，开启保护。高压充气系统，高压充气泵通过充气管与装置内部的充气帽连接，充气帽周身布满充气孔。一种真空-电渗-高压联合加固软黏土的室内模型试验方法，上述任一项所述的装置并包括如下步骤：S1、将预制好的软黏土土样分层装入模型箱内，并挤压密实，按试验设计要求向土体内插入电极和竖向排水体，并在土样内埋设微型孔隙水压力测试计和电势测针；将电极与导线连接，连接处需做好防水处理，将导线及测试孔隙水压力和电势的线路分别通过模型箱瓶口塞入的橡胶塞穿出模型箱；再将导线与直流电源的正负极连接，孔隙水压力测试线与数据采集仪连接；S2、在土样表面铺设一层砂垫层，在砂垫层内埋设排水管，此段排水管周身打满排水孔并包裹滤膜，排水管通过模型箱瓶口塞入的橡胶塞穿出模型箱，再依次与汽水分离瓶、油汽分离瓶和真空泵连接；S3、在砂垫层表面铺设两层真空密封膜，真空密封膜边缘伸出模型箱外，在模型箱内留有预定尺寸的真空密封膜，以备土样沉降后真空膜与砂垫层紧密相贴；S4、充气管的一端与高压充气泵相连，另一端与模型箱盖上的充气帽连接，最后将模型箱盖与模型箱通过螺纹旋紧，完成试验装置的安装；S5、按照试验要求开启真空泵、直流电源和高压充气泵，实现真空-电渗-高压联合加固软黏土室内模型试验。优选的，软黏土地基的渗透系数为10－6～10－8cm/s。有益效果：本专利技术的室内模型试验装置及处理方法，可以对软黏土试样开展真空-电渗-高压联合加固或单独作用的室内模型试验，具有良好的密封性能，能够提高膜内外压力差，同时对高压环境采取多重保护措施，使软黏土均匀快速排水固结。本专利技术结构简单，操作方便，为软黏土地基处理提供了新思路。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术防堵罩的结构示意图。图3是本专利技术安全阀的结构示意图。图中，各附图标记为：软黏土1、桶体2、电极3、导线4、橡胶塞5、砂垫层6、真空密封膜7、安全阀8、充气帽9、充气管10、汽水分离瓶11、油汽分离瓶12、高压充气泵13、真空泵14、直流电源15、密封胶圈16、安全窗17、限压阀18、滤布19、防堵罩20、气孔21、排气管22、螺母23、排气阀24。具体实施方式如图1所示，本专利技术的室内模型试验装置主要包括两个部件，即圆柱形桶体2和模型箱盖。桶体2上开设有若干个瓶口，瓶口内塞入橡胶塞5。模型箱盖上装有多重保护措施，包括限压阀18、安全阀8和安全窗17。限压阀18可调节，具有伸缩功能，用于控制装置内压力在120～150kPa范围内，当装置内气压超过120kPa，限压阀18会被顶起，装置内部的气体通过限压阀18内部的排气管22排出，当装置内气压低于120kPa，限压阀18在重力作用下下落，封闭内部的排气管22。限压阀18内部的排气管22底部装有防堵罩20，防堵罩20安装于模型箱盖的内部，可拆除清洗，防止土颗粒堵塞排气管22，限压阀18与防堵罩20通过螺母23安装于模型箱盖。安全阀8用于限制装置内压力不超过设计值160kPa，当装置内压力超过该值时，硅胶制的安全阀8被挤压，排气阀24打开，开启保护。高压充气泵13通过充气管10与装置内部的充气帽9连接，充气帽9周身布满充气孔21。模型箱盖与圆柱形桶体2通过螺纹连接，连接处放置密封胶圈16，一方面用于防止漏气，另一方面在装置内压力超过180kPa、无法释放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种真空‑电渗‑高压联合加固软黏土的室内模型试验装置，其特征在于，包括：桶体，具有一用于盛装软黏土的收容腔和一开放端口，桶体侧壁开有电源线出口和排水管出口；箱盖，与桶体适配，用于密封所述开放端口，箱盖上设置有安全阀、排气阀和充气帽，箱盖与桶体之间设置有密封胶圈；充气单元，包括充气泵，所述充气泵通过充气管延伸至箱盖内侧，并与空气帽连通；电渗单元，包括位于桶体两侧的电极，与所述电极连接并穿过电源线出口延伸至桶体外侧的导线，以及与导线连接的电源；排水单元，包括位于桶体内侧的排水管，排水管的一端在桶体内沿水平方向延伸，另一端延伸至排水通孔，通过连接管与所述排水管连接的汽水分离瓶，与所述汽水分离瓶连通的油汽分离瓶，以及与所述油汽分离瓶连通的真空泵；所述软黏土层上方设置有砂垫层，所述排水管位于所述砂垫层中，所述砂垫层的上方铺设一层真空密封膜，所述真空密封膜的端部压紧于箱盖与桶体之间。

【技术特征摘要】
1.一种真空-电渗-高压联合加固软黏土的室内模型试验装置，其特征在于，包括：桶体，具有一用于盛装软黏土的收容腔和一开放端口，桶体侧壁开有电源线出口和排水管出口；箱盖，与桶体适配，用于密封所述开放端口，箱盖上设置有安全阀、排气阀和充气帽，箱盖与桶体之间设置有密封胶圈；充气单元，包括充气泵，所述充气泵通过充气管延伸至箱盖内侧，并与空气帽连通；电渗单元，包括位于桶体两侧的电极，与所述电极连接并穿过电源线出口延伸至桶体外侧的导线，以及与导线连接的电源；排水单元，包括位于桶体内侧的排水管，排水管的一端在桶体内沿水平方向延伸，另一端延伸至排水通孔，通过连接管与所述排水管连接的汽水分离瓶，与所述汽水分离瓶连通的油汽分离瓶，以及与所述油汽分离瓶连通的真空泵；所述软黏土层上方设置有砂垫层，所述排水管位于所述砂垫层中，所述砂垫层的上方铺设一层真空密封膜，所述真空密封膜的端部压紧于箱盖与桶体之间。2.根据权利要求1所述的真空-电渗-高压联合加固软黏土的室内模型试验装置，其特征在于，所述箱盖与桶体之间螺接固定。3.根据权利要求1所述的真空-电渗-高压联合加固软黏土的室内模型试验装置，其特征在于，所述箱盖的侧部设置有安全窗。4.根据权利要求1所述的真空-电渗-高压联合加固软黏土的室内模型试验装置，其特征在于，所述限压阀位于盖体内侧的部分安装有防堵罩，所述防堵罩设置有若干通孔，外周或内周设置有覆盖所述通孔的滤布。5.根据权利要求1所述的真空-电渗-高压联合加固软黏土的室内模型试验装置，其特征在于，所述充气帽上设置有若干充气孔。6.根据权利要求1所述的真空...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙召花，陈一飞，徐邦，李聪，徐先宇，冯康，王乙富，
申请(专利权)人：南通大学，烟台新天地试验技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32