[發明專利]納米凝膠固化砂土的PH值和孔隙率實時測試裝置及方法

有效

• 申請號: 201710036481.5
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106841033B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 金煒楓;鄧陳艷;張力友;王鑫;程澤海
• 申請（專利權）人: 浙江科技學院（浙江中德科技促進中心）
• 主分類號: G01N21/00
• 分類號: G01N21/00;G01N15/08
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務所(普通合伙) 33230
• 代理人: 董建軍

1.一種納米凝膠固化砂土的PH值和孔隙率實時測試裝置的測試方法，包括納米凝膠固化砂土的PH值和孔隙率實時測試裝置，該實時測試裝置設置有：

試樣成型長筒、監測裝置、液體收集容器、水壓控制器和壓力隔離裝置；試樣成型長筒內放置砂土試樣；所述監測裝置包含在試樣成型長筒內分段布置的n個孔隙水壓力計和光纖PH計；所述壓力隔離裝置用橡膠膜隔離成兩個腔室，其中一個腔室與水壓控制器相連，另一個腔室裝滿硅溶膠與試樣成型長筒連接；所述水壓控制器、壓力隔離裝置、試樣成型長筒和液體收集容器依次連接；所述試樣成型長筒底部塞有第一橡膠塞，試樣成型長筒頂部塞有第二橡膠塞，所述第一橡膠塞上面放置金屬過濾篩網，以防止硅溶膠入口通道堵塞；

其特征在于：測試方法按如下步驟：

步驟1：用第一橡膠塞將試樣成型長筒的底部封住，在第一橡膠塞上放置金屬過濾篩網，在金屬過濾篩網上放置透水石，然后往試樣成型長筒內放置砂土試樣，在砂土試樣放置過程中，沿砂土試樣滲流方向布置孔隙水壓力計和光纖PH計，最后用第二橡膠塞將試樣成型長筒的頂部密封住；

步驟2：連接水壓控制器和壓力隔離裝置的第一腔室，壓力隔離裝置內的第二腔室吸滿硅溶膠，然后連接第二腔室和試樣成型長筒，連接試樣成型長筒和液體收集容器；

步驟3：啟動水壓控制器對壓力隔離裝置中的橡皮膜施加壓力，實時記錄水壓控制器內水量的減少量，結合試樣成型長筒的橫截面積，實時得到試樣成型長筒內的流速V，同時實時記錄各監測點上的PH值和水壓，設沿試樣成型長筒長度方向光纖PH計有n個，底部的光纖PH計編號為1，從下往上光纖PH計編號依次增大，頂部光纖PH計編號為n，對應的實時PH值為A₁(t),A₂(t),…,A_n(t)，第i個光纖PH計與第i+1個光纖PH計之間的PH值由A_i(t)和A_i+1(t)線性插值得到；

步驟4：實時分段計算試樣的滲透系數并獲得滲透系數分段插值函數f(x,t)；

步驟5：實時計算孔隙率沿試樣長度方向的變化曲線，由滲透系數和孔隙率的函數關系以及滲透系數分段插值函數f(x,t)計算孔隙率θ(x,t)。

2.根據權利要求1所述的一種納米凝膠固化砂土的PH值和孔隙率實時測試裝置的測試方法，其特征是在于：

步驟4中設沿試樣成型長筒長度方向孔隙水壓力計有n個，底部的孔隙水壓力計編號為1，從下往上孔隙水壓力計依次增大，頂部孔隙水壓力計編號為n，對應的實時孔隙水壓力為P₁(t),P₂(t),…,P_n(t)，試樣成型長筒被孔隙水壓力計分為n-1段，每段的滲透系數為：

上式中ρ_w為水密度，g為重力加速度，L為試樣成型長筒高度；

求每個孔隙水壓力節點i(1≤i≤n)上對應的實時滲透系數：

定義沿試樣中軸線方向的滲透系數分段插值函數f(x,t)：

上式中l＝L/(n-1)，x_l＝x-l·(i-1)，且l·(i-1)≤x≤l·i；由滲透系數分段插值函數f(x,t)得到沿試樣長度方向每一點的滲透系數。

3.根據權利要求1所述的一種納米凝膠固化砂土的PH值和孔隙率實時測試裝置的測試方法，其特征在于：

步驟5中，設為砂顆粒平均粒徑，θ為孔隙率，c為常系數，應用滲透系數k和孔隙率的函數關系：

上述公式在孔隙率取值范圍為0≤θ<1時為單值函數，將上式中的k用滲透系數分段插值函數f(x,t)代替，求解上式，即得到沿滲流方向和時間變化的孔隙率θ(x,t)，從而分析沿滲流方向孔隙率的變化和納米凝膠固化砂土的不均勻性。

4.根據權利要求1所述的一種納米凝膠固化砂土的PH值和孔隙率實時測試裝置的測試方法，其特征在于：

所述試樣成型長筒為兩端敞口的PVC圓柱管，高度和直徑比值≥10。