一种用于研究黏土-电极界面电阻的变化机理的试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种用于研究黏土

【技术实现步骤摘要】
一种用于研究黏土
‑
电极界面电阻的变化机理的试验装置


[0001]本技术涉及岩土工程
，具体的指一种用于研究电渗加固软土地基中的黏土
‑
电极界面电阻的变化机理的试验装置。

技术介绍

[0002]电渗法可以加快低渗透性软土排水固结，越来越多的得到工程师的重视，被应用于软土地基处理、淤泥脱水、土壤重金属去除、尾矿固结等众多领域。电渗法具有以下优势：1)排水效率高，排水速率与水力渗透系数无关；2)能有效去除待处理对象中的有毒重金属离子；
[0003]3)不会由于处理对象承载力不足而发生失稳现象。但由于电渗法能耗较大，实际工程应用中电渗法常受到制约。近年来的研究发现电渗过程中的能耗过高主要原因是电渗体系电阻的增大，电渗体系电阻由土体电阻与黏土
‑
电极界面电阻两部分组成，对于土体电阻，现有的研究显示其主要受含水量、孔隙水电导率、土颗粒形状等因素影响，在电渗过程中随着排水的进行，土体含水量不断减小导致土体电阻随之升高，因此这一现象是排水固结过程中不可避免的。对于黏土
‑
电极界面电阻，国内外学者通过试验发现在黏土
‑
电极界面中损失的电势高达总电势的50％
‑
90％，因此研究如何降低黏土
‑
电极界面电阻以降低电渗过程中的能耗成为必然的趋势。
[0004]黏土
‑
电极界面电阻由活化电阻、浓差极化电阻、电极表面膜阻等构成。电渗过程中，EKG等惰性电极的界面电阻不断增大的主要原因是浓差极化电阻的不断提高，也即离子浓度的累积导致界面电阻增加；对于金属电极，电极表面腐蚀对电极表面膜阻的影响更为突出。但受限于目前电渗试验所使用的装置，只能测出电极
‑
土体界面电阻，无法改变电极附近的离子浓度，也无法改变土体中的离子迁移方向和速率，导致上述引起界面电阻变化的影响因素只能停留在理论分析层面，无法得到实验验证，同时无法从离子层面研究降低电极
‑
土体界面电阻的方法。进一步的，在实际电渗工程中，常采用间歇通电、电极反转等通电方案以增强固结排水效果，而相关的理论性研究则涉及到界面电阻的变化机理，因此对界面电阻变化机理的研究，会推动电渗法在实际工程中的应用。
[0005]综上所述，界面电阻的研究对于电渗法的发展十分重要，而目前的试验装置显然不能满足相关研究的需求，亟需新的试验装置以及试验方法来进行解决。

技术实现思路

[0006]本技术的目的主要在于改进现有的电渗固结试验装置，该装置可以检测电渗试验装置两极的黏土
‑
电极界面电阻，通过改变电极板附近的离子浓度，以研究界面电阻的变化机理。
[0007]为实现上述目的，本技术采用的技术方案具体如下：
[0008]一种用于研究黏土
‑
电极界面电阻的变化机理的试验装置，包括模型槽、供电系统、界面电阻检测装置、离子交换膜系统或化学溶液注入系统；所述模型槽由两块带孔隔板
将槽体分隔为阳极槽、主槽体和阴极槽，其中，中间的主槽体用于放置试验黏土，两块带孔隔板靠主槽体一侧分别固定有电极板；阴极槽底部设有一出水口；所述界面电阻检测装置包括两根电势棒、电流表和电压表，其中两根电势棒固定于主槽体内、电极板附近，分别用于检测电极界面的电势，电流表用于测量电路的电流，电压表用于测量电极界面电势差；供电系统与电极板电连接；离子交换膜系统包括一个或两个离子交换膜，通过控制特定离子迁移控制黏土
‑
电极界面处的离子浓度；所述化学溶液注入系统包括溶液注射器，通过注射离子溶液控制黏土
‑
电极界面处的离子浓度。
[0009]进一步地，所述供电系统由正向供电电源、反向供电电源、时间控制开关构成。
[0010]进一步地，所述两根电势棒固定于主槽体内、距离电极板5mm处。
[0011]进一步地，所述电极板为金属电极、石墨电极、EKG电极中的一种或两种。
[0012]进一步地，还包括用于接收出水口排水的容器和用于称量出水口排水重量的称重装置。
[0013]进一步地，所述离子交换膜为阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜中的一种或两种。
[0014]进一步地，所述离子溶液为氯化钙溶液、硅酸钠溶液、磷酸二氢钾溶液中的一种或两种。
[0015]进一步地，还包括数据处理系统，所述数据处理系统实时接收电流表和电压表的数据，计算两极的界面电阻R，并绘制界面电阻R随时间t变化的R
‑
t图像。
[0016]进一步地，还包括集成在供电系统上地记录设备，以记录电势棒和电极板之间的电流和电压，便于观测界面电阻的变化。
[0017]本技术的有益效果是：
[0018]1、可以从离子层面研究降低界面电阻：
[0019]加入化学溶液的方案可以直观的改变电极附近的离子浓度，离子膜系统的加入可以限制特定离子的移动，从而控制电极附近的离子浓度，以研究界面电阻的变化机理，并从离子层面研究降低界面电阻的方法；
[0020]2、可以实时监测并记录界面电阻的变化：
[0021]电压表测得的读数为电极板与电势棒之间的电压，由于装置中电流处处相等，可以直接给出两极的黏土
‑
电极界面电阻，并绘制出界面电阻随时间变化的R
‑
t图像；
[0022]3、可以用于研究间歇和反转通电增强电渗效果的原理：
[0023]该供电系统提供包括持续直流电、间歇供电和电极反转在内的多种供电模式，可以用于研究间歇和反转通电情况；研究发现间歇和反转通电情况下，界面电阻有所降低，可能是导致间歇和反转通电情况下电渗效果增强的原因，本装置和研究方法可以用于验证相关理论；此外，加入离子膜系统，由于可以限制特定离子移动，在试验过程中可以防止浓差极化现象的缓解，可以用于验证间歇通电增强电渗效果的工作机理。
附图说明
[0024]图1为本技术的整体结构示意图；
[0025]图2为本技术的离子膜系统位置示意图(阴极例)；
[0026]图3为本技术的离子膜系统固定滑轨示意图；
[0027]附图标记说明：主槽体1，阴极槽2，阳极槽3，第一带孔隔板4，第二带孔隔板5，供电系统6，第一电压表7、第二电压表8，电流表9，数据处理系统10，容器11，电势棒12，滑轨13，离子交换膜14。
具体实施方式
[0028]下面结合实例对本技术做进一步描述，下述实施例的说明仅用于帮助理解本技术，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。
[0029]本技术提出了一种用于研究黏土
‑
电极界面电阻的变化机理的试验装置，如图1所示，包括供电系统、界面电阻检测装置、离子交换膜系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于研究黏土
‑
电极界面电阻的变化机理的试验装置，其特征在于，包括模型槽、供电系统、界面电阻检测装置、离子交换膜系统或化学溶液注入系统；所述模型槽由两块带孔隔板将槽体分隔为阳极槽、主槽体和阴极槽，其中，中间的主槽体用于放置试验黏土，两块带孔隔板靠主槽体一侧分别固定有电极板；阴极槽底部设有一出水口；所述界面电阻检测装置包括两根电势棒、电流表和电压表，其中两根电势棒固定于主槽体内、电极板附近，分别用于检测电极界面的电势，电流表用于测量电路的电流，电压表用于测量电极界面电势差；供电系统与电极板电连接；离子交换膜系统包括一个或两个离子交换膜，通过控制特定离子迁移控制黏土
‑
电极界面处的离子浓度；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马郁春，朱则铭，蒋熠诚，甘淇匀，周建，石文，
申请(专利权)人：中铁建设集团南方工程有限公司，
类型：新型
国别省市：