本发明专利技术公开了一种可以监测土体固结变形过程中孔隙水运移规律以及土颗粒沉降规律的室内土体试样压缩固结与电阻率实时成像监测装置。它包括土体压缩固结装置和电阻率监测装置两部分，土体压缩固结装置包括水槽、上护环、下护环、带螺纹孔的环刀、透水石、加压上盖、位移计导杆、位移计架；电阻率监测装置包括集中式电缆、智能电极转换模块、电阻率采集控制模块、视电阻率实时成像模块和供电模块；土体压缩固结装置在压缩土体时，电阻率监测装置利用电阻率法监测土体固结变形过程中孔隙水的运移规律，监测土体固结变形过程中电阻率在时间和空间两个尺度上的变化，监测孔隙水的运移路径、变化形态以及土颗粒的沉降规律。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩土工程试验研究和工程应用领域的一种新型土工试验设备，尤其是一种土体试样压缩固结与电阻率实时成像监测装置及其取土器，它利用电阻率法对土体固结变形过程中孔隙水的运移规律进行监测。
技术介绍
土体是由土颗粒构成的骨架体和骨架间的孔隙所组成的。饱和土体在荷载的作用下，孔隙水缓慢渗出，土体有效应力状态发生改变，土体体积也逐渐压缩，外加荷载相应的从孔隙水传递到土骨架上，直到变形达到稳定时为止，这一土体变形的全过程即为固结。在这一过程中，土体中孔隙水的运移规律决定了土体的固结特性。在地面沉降、地基压缩固结、核废料填埋、固体垃圾处置、水利工程防渗、地下水污染防治等岩土、环境工程问题中，孔隙水的运移都起到了关键的作用，因此，孔隙水的运移规律与过程监测日益受到关注。对此问题，国内外研究者开展大量的室内土体固结沉降与孔隙水运移监测的研究工作，取得了一些进展。但由于渗透介质的复杂性、室内试验装置观测空间的局限性，同时缺少有效的实验室内监测方法，导致实验室内土体固结沉降和孔隙水运移过程的监测效果并不理想，存在着许多亟待解决的问题。因此，发展一套土体固结变形过程的电阻率监测装置和监测方法具有十分重要的意义。此外，使用普通取土器获取原状土试样的过程中，内摩擦过大是引起土样扰动的最主要因素之一，会影响土试样的原始状态，涂润滑剂是克服这一不利因素的有效措施，但涂润滑剂会增加掉样的可能性。用普通取土器获取的土试样密封性较差，对土试样的天然含水率、天然密度等有较大影响。对土体压缩固结试验而言，土试样的原始性状保持越完整，试验得出的孔隙水的运移规律可靠度就越高。土体的组成比较复杂，土体中固、液、气三相之间存在着极为复杂的相互作用，三相比例的不同对土体的物理性质、状态指标影响较大，目前室内土体试验的固结沉降与孔隙水运移监测方面主要存在以下三方面困难①在受载作用下，土体试验的固结沉降与孔隙水运移规律较为复杂，简单的监测方法无法对土体沉降和孔隙水运移的情况进行动态成像监测，无法直观的反映较复杂的固结与孔隙水运移过程；②目前，常用的土体固结仪是一个封闭装置，难以提供充足的观测空间，为实时监测的实施带来了较大困难；③已有的土样获取方法对试样的扰动较大，监测结果难以反映真实情况。在地球物理勘探领域，电阻率法是以介质间的导电性差异为基础，通过观测与研究人工电场的分布规律实现勘探目的的一种地球物理勘探方法。直流电阻率法对水体反应敏感、可对土体固结沉降和孔隙水的活动情况进行实时成像，为监测土体的固结沉降与孔隙水运移过程与规律提供了一种可行的方法和手段，以客观地反映土体变形与孔隙水运移规律。目前，未见有实验室内土体固结变形电阻率监测装置的报道或文献。鉴于电阻率监测试验的优越性和土体固结变形过程孔隙水的运移规律对工程的重要性，当前迫切需要解决的一个技术问题是提供一种可以对土体固结过程中孔隙水的运、移规律进行电阻率监测的设备或装置，以及一种可以更好地获取原状土试样的取土器。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服以上困难和不足，提供一种可以监测土体固结变形过程中孔隙水运移规律以及土颗粒沉降规律的室内土体试样压缩固结与电阻率实时成像监测装置，能够在常规土体固结试验的基础上监测土体固结变形过程中电阻率在时间和空间两个尺度上的变化规律，监测孔隙水的运移路径、变化形态以及土颗粒的沉降规律，为观测土体固结变形规律提供一种科学合理直观的试验装置。另外，为解决本专利技术设计超长环刀(30cm)取土难题，改善原状土试样获取过程中内摩擦过大、掉样和密封性差等问题，减小对土试样原始状态的扰动，提高试验的成功率和试验结果的可靠度，本专利技术还设计了一种改进的取土器。为实现上述目的本专利技术采用如下技术方案一种室内土体试样压缩固结与电阻率实时成像监测装置，它包括土体压缩固结装置和电阻率监测装置两部分，土体压缩固结装置包括水槽、上护环、下护环、带螺纹孔的环刀、透水石、加压上盖、位移计导杆、位移计架，其中，带螺纹孔的环刀的上端安装上护环，下端安装下护环，下护环置于水槽内，上护环上设有加压上盖，加压上盖与带螺纹孔的环刀之间是透水石，在带螺纹孔的环刀的侧壁上设有至少一列垂直的预制螺纹孔，在各预制螺纹孔内封装相应的移动式微电极，所述移动式微电极通过导线与集中式电缆连接；位移计架设置在水槽侧面，其上设有位移计导杆，可在位移计导杆上安置位移传感器，与加压上盖相连，测量试验过程中土体试样的竖向变形位移；电阻率监测装置包括集中式电缆、智能电极转换模块、电阻率采集控制模块、视电阻率实时成像模块和供电模块，智能电极转换模块与电阻率采集控制模块连接，电阻率采集控制模块则分别与供电模块和视电阻率实时成像模块连接；土体压缩固结装置在压缩土体时，电阻率监测装置利用电阻率法监测土体固结变形过程中孔隙水的运移规律，监测土体固结变形过程中电阻率在时间和空间两个尺度上的变化，监测孔隙水的运移路径、变化形态以及土颗粒的沉降规律。所述土体压缩固结装置的水槽、上护环、下护环、带螺纹孔的环刀、加压上盖采用全透明玻璃钢材料制作，既可以满足试验装置刚度的要求，又能保证整个装置的绝缘性，确保供电电流只在试验土体内部产生稳定的电场。带螺纹孔的环刀沿圆周方向对称设有四列预制螺纹孔。土体压缩固结装置的组装参照相关规范，首先在固结容器内放置下护环、透水石和薄型滤纸，将带有试验土样的带螺纹孔的环刀装入下护环内，试验土样上依次放置薄型滤纸、透水石、上护环和加压上盖，透水石的直径略小于带螺纹孔的环刀内径O. 2 O. 5mm。所述移动式微电极分为移动式微电极头和固定端两部分，移动式微电极头使用金属铜制作，与导线焊接；固定端采用全透明玻璃钢做成带螺纹的销钉形状，中轴线位置留有细小的通道，导线从中穿过；微电极头的移动与土体固结变形产生的位移同步。试验准备时，先将移动式微电极头通过环刀侧壁螺纹孔插入试验土体中，试验过程中移动式微电极头将随着土体的固结变形而移动，然后将固定端顺时针拧入螺纹孔中实现封孔，以满足试验土体对侧限的要求。 所述智能电极转换模块为移动式微电极作为供电电极A、B和测量电极M、N的跳转变换；电阻率采集控制模块控制电阻率的采集方式，如可选择单排测线电阻率剖面法数据采集、双排对称测线电阻率CT法层析扫描数据采集、四排测线电阻率全空间数据采集等。视电阻率实时成像模块则是将采集到的电阻率数据依据电阻率值的大小差异赋予不同的颜色，以图像的形式实时显示，并且自动保存；供电模块为整个电阻率测量装置供电。所述电阻率监测装置进行电阻率数据的自动采集和视电阻率实时成像，完成多种数据采集方式的联合观测，对试验土体的全方位实时动态监测；通过视电阻率实时成像模块对低阻区域的移动变化路径进行跟踪定位识别，使土体固结变形过程中孔隙水的运移路径、变化形态观测更加直观。一种室内土体试样压缩固结与电阻率实时成像监测装置用取土器，它包括取土器头部、对开式取土筒和管靴，带螺纹孔的环刀置于对开式取土筒的暗槽内，在对开式取土筒内设有微型传动装置，微型传动装置与切土用不锈钢片连接，不锈钢片与土工膜一端连接，土工膜另一端连接在对开式取土筒内壁。所述微型传动装置包括安装在对开式取土筒上部的转轮，转轮与对开式取土筒内外壁之间的不锈钢丝一端连接，不锈钢丝的另一端分为两路，分本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘征宇，王者超，李术才，刘斌，聂利超，许新骥，宋杰，李树忱，张庆松，周冰然，秘宝星，项吕，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。