[發(fā)明專利]一種室內(nèi)真空電滲聯(lián)合固結(jié)試驗(yàn)儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210006833.X
• 申請(qǐng)日: 2012-01-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102565139A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳輝;胡黎明;羅偉韜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/00
• 分類號(hào): G01N27/00;G01N33/24
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種試驗(yàn)裝置，特別涉及一種室內(nèi)真空電滲聯(lián)合固結(jié)試驗(yàn)儀，可對(duì)不同的土體開(kāi)展真空電滲聯(lián)合或者單獨(dú)作用的室內(nèi)探索試驗(yàn)。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，沿海各種工業(yè)園區(qū)、人工島(飛機(jī)場(chǎng))、旅游勝地等工程越來(lái)越多，例如澳門(mén)國(guó)際機(jī)場(chǎng)和香港國(guó)際機(jī)場(chǎng)的建設(shè)。在城市內(nèi)，地鐵和高鐵技術(shù)也得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。所有這些實(shí)際工程都面臨著一個(gè)重大的問(wèn)題，那就是軟粘土地基的處理問(wèn)題。除此之外，近年來(lái)越來(lái)越受到關(guān)注的尾礦、污泥等的處理也成為一個(gè)難題。軟粘土、尾礦、污泥這一類土，含水量高、孔隙比大、滲透性小，對(duì)工程建設(shè)會(huì)造成很大的安全隱患，必須采取措施進(jìn)行排水固結(jié)。采用傳統(tǒng)的排水固結(jié)法如堆載預(yù)壓固結(jié)等方法，初期效果可能比較明顯，但是后期效果不好，沉降緩慢，因此必須要有一種更有效的地基處理方法來(lái)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

真空預(yù)壓法是一種有效的地基處理方法，1952年由瑞典學(xué)者Kjellman教授提出，之后被各國(guó)學(xué)者關(guān)注，在實(shí)際工程中也有較多的應(yīng)用。相對(duì)于傳統(tǒng)的堆載預(yù)壓方法，真空預(yù)壓法具有操作方便并且不會(huì)引起土體剪切破壞的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，Indraratna、Shang、Chu、龔曉南、劉漢龍等人對(duì)真空預(yù)壓法進(jìn)行了更加深入的研究，使其理論日趨完善，并開(kāi)發(fā)了相關(guān)有限元數(shù)值計(jì)算模型，逐步應(yīng)用到實(shí)際工程中。實(shí)際應(yīng)用真空預(yù)壓法時(shí)，所采用的方法是：首先在待處理地基中打入塑料排水板，一般呈正方形或者三角形布置，隨后在地基上鋪上砂墊層，緊接著鋪上密封膜，密封膜在地基邊界處引入到粘土漿中進(jìn)行密封。在砂墊層中插入真空泵的導(dǎo)管，隨后開(kāi)始抽真空，從而在地基表面的砂墊層和豎直打入的塑料排水板中形成真空區(qū)域，實(shí)際應(yīng)用中，真空壓力可以達(dá)到80～90kPa。在真空作用下，地基中的水會(huì)由邊界向真空區(qū)域流動(dòng)，到達(dá)砂墊層中或者塑料排水管中后再被抽出，從而達(dá)到排水固結(jié)效果。由于真空作用下，地基中形成負(fù)的超靜孔壓，而總應(yīng)力是不變的，因此不會(huì)引起土體剪切破壞。但是，實(shí)際應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)，采用真空預(yù)壓法處理后的地基，在靠近塑料排水板處沉降較大，而邊界處沉降較小，會(huì)引起不均勻沉降。

電滲現(xiàn)象早在1809年就被俄國(guó)學(xué)者Reuss發(fā)現(xiàn)，1938年Cassagrand首次將電滲法應(yīng)用在實(shí)際工程中。在電滲的理論研究方面，Esrig，Wan和Mitchell等人發(fā)展了電滲的一維固結(jié)理論。我國(guó)在20世紀(jì)50年代末期對(duì)電滲降水和地基加固進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并在實(shí)踐方面也取得了良好的效果。研究發(fā)現(xiàn)，土的水力滲透系數(shù)能夠從砂土的10^-4cm/s變化到粘土的10^-9cm/s。當(dāng)土的水力滲透系數(shù)小于10^-7m/s時(shí)，采用傳統(tǒng)的排水法如預(yù)壓堆載法等對(duì)地基進(jìn)行處理會(huì)變得很困難。而土體的電滲透系數(shù)基本落在10^-5～10^-4cm²/v·s的較窄范圍內(nèi)，這種低滲透率的土體就非常適合用電滲法進(jìn)行處理。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，電滲法的操作與真空預(yù)壓法相似，在地基中打入電滲管，一般呈正方形或者三角形布置，陰陽(yáng)極交替。隨后，施加電壓，進(jìn)行電滲。由于土顆粒一般帶負(fù)電，其外圍會(huì)吸引陽(yáng)離子，在外加電場(chǎng)作用下，陽(yáng)離子會(huì)拖曳水分子從陽(yáng)極向陰極運(yùn)動(dòng)。因此，電滲時(shí)，水不斷由陽(yáng)極向陰極運(yùn)動(dòng)，最后再陰極處被排出，達(dá)到排水固結(jié)效果。理論、數(shù)值、室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果分析均表明，電滲時(shí)，土體內(nèi)也會(huì)形成負(fù)超靜孔壓，陽(yáng)極處最大，陰極處為0，相應(yīng)地，沉降在陽(yáng)極處最大，陰極處相對(duì)較小。

根據(jù)以上分析，如果將真空和電滲方法聯(lián)合使用，將會(huì)在土體中形成更大的負(fù)超靜孔壓，達(dá)到更好的排水固結(jié)效果。可以預(yù)想，真空與電滲聯(lián)合作用時(shí)，不僅可以有效對(duì)軟粘土、尾礦、污泥等工程性質(zhì)較差的土體進(jìn)行排水固結(jié)，而且可以通過(guò)合理布置陰陽(yáng)兩極的位置使得地基表面的沉降更加均勻，是一種前景良好的地基處理方法，筆者已進(jìn)行的數(shù)值研究已經(jīng)驗(yàn)證了這一點(diǎn)，國(guó)內(nèi)也已經(jīng)有應(yīng)用真空電滲聯(lián)合預(yù)壓固結(jié)的工程實(shí)例。

然而，目前對(duì)真空電滲聯(lián)合固結(jié)法的研究相對(duì)較少，對(duì)其內(nèi)部作用機(jī)理以及工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)問(wèn)題研究不夠透徹，實(shí)際應(yīng)用時(shí)多是依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定相關(guān)參數(shù)。目前已有的室內(nèi)真空電滲試驗(yàn)儀器不能準(zhǔn)確的反映實(shí)際工程中土體受力變形的情況，無(wú)法對(duì)土體內(nèi)部不同位置的超靜孔隙水壓力發(fā)展、表面沉降發(fā)展、土層內(nèi)部不同徑向和深度處的沉降發(fā)展、土層電阻變化等情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這使得研究人員無(wú)法準(zhǔn)確的把握真空電滲聯(lián)合固結(jié)時(shí)土樣內(nèi)部的應(yīng)力和變形情況，無(wú)法準(zhǔn)確獲得相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容