[發(fā)明專利]一種利用水蒸汽增濕土體的方法

有效

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• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111519601B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設計）人: 李建東;張延杰;王旭;蔣代軍;劉德仁;韓高孝;楊成;牛亞強;何菲;王興為;周亞龍
• 申請（專利權）人: 蘭州交通大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;E02D3/10
• 代理公司: 西安合創(chuàng)非凡知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 61248
• 代理人: 居延娟

本發(fā)明公開了一種利用水蒸汽增濕土體的方法，屬于巖土工程施工領域。該增濕土體的方法，包括步驟：安裝由儲桶、增濕管、輸氣管、調(diào)壓閥和水蒸汽發(fā)生器組成的增濕設備，所述增濕管垂直設于儲桶中間并通過輸氣管連接調(diào)壓閥；調(diào)壓閥通過輸氣管連接水蒸汽發(fā)生器；裝填土樣；開啟水蒸汽發(fā)生器并設定調(diào)壓閥的壓力為0.02?0.10MPa，進行第一次增濕，20?30min后關閉；對土樣基面進行密封，返潮處理10?12h；開啟水蒸汽發(fā)生器并設定調(diào)壓閥的壓力為0.07?0.15MPa，進行第二次增濕，6?7h后關閉。本發(fā)明不僅能夠快速、均勻、可控地對大體積土體增濕，更能有效增強壓力梯度、含水率梯度和溫度梯度作用下的熱質(zhì)耦合擴散遷移，具有增濕均勻性好的優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明屬于巖土工程施工領域，尤其涉及一種利用水蒸汽增濕土體的方法。

背景技術

天然黃土廣泛分布于我國西北地區(qū)，具有厚度大、強度小、含水率低和濕陷性強等顯著特點，由于其結(jié)構和成分組成的特殊性，遇水浸濕后強度迅速降低，變形大幅增加，嚴重影響構筑物施工。因此，要解決黃土的濕陷性問題，提高地基承載力和抗變形能力，需在構筑物施工前作地基處理。現(xiàn)有地基處理方法有強夯、換土、擠密樁及土體增濕。前三種適用于較薄土層地基。土體增濕常用于深厚土層地基，其通過工程措施處理濕陷土層，改善其土壤結(jié)構和基本特性，以達到消除其濕陷性的目的。而增濕強夯法作為一種高效、經(jīng)濟的地基處理方式，土體含水率的不均勻性限制了其廣泛應用，因為土體含水率適中時，夯擊才能達到最好的擊實效果，含水率過大、過小都大幅影響夯擊效果。

目前，常用的土體增濕方法包括：預濕法、浸水法和袋裝砂井注水增濕法，其中，預濕法增濕時間較快，增濕程度易于控制，增濕效果較好，但無法批量增濕，僅適用于實驗室少量土體增濕；浸水法可以批量增濕，但增濕時間過長，增濕均勻性較差，增濕范圍難以控制；袋裝砂井注水增濕法的增濕時間相對較短，但增濕均勻性差、增濕范圍小的問題依舊存在。

鑒于此，本領域重點研究如何使土體的含水率快速、均勻地增加。王鐵行等人在《考慮含水率影響的非飽和原狀黃土凍融強度試驗研究》中公開了“蒸汽增濕可大幅縮短時間，且增濕后土樣水分均勻性較好，可應用于非飽和黃土的增濕”。但該蒸汽增濕僅用于實驗室少量土體增濕，且采用高壓鍋內(nèi)多次增濕的方法。但天然黃土層為多孔介質(zhì)黃土的集合，其孔隙彎曲性、不定向性和隨機性復雜，導致水蒸汽增濕土體時彌散效應嚴重，增濕過程受到土性微觀結(jié)構參數(shù)(顆粒比表面積、孔隙性狀、毛細管彎曲特性、孔隙和顆粒尺度等)和流體輸運特性(流體性質(zhì)、雷諾數(shù))等多種因素的影響大，且土體中的水蒸汽運移時在土顆粒的阻礙下，隨著運移距離增大，流動速率減小，逐漸被土顆粒吸附，如何增強壓力梯度、溫度梯度和含水率梯度間的耦合作用對水蒸汽遷移的影響是重點和難點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過公開一種利用水蒸汽增濕土體的方法，解決了現(xiàn)有利用蒸汽規(guī)模化增濕的土體含水率均勻性差的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

本發(fā)明提供一種利用水蒸汽增濕土體的方法，包括如下步驟：

S1、安裝增濕設備

所述增濕設備由上端開口的儲桶、增濕管、輸氣管、調(diào)壓閥和水蒸汽發(fā)生器組成；

所述增濕管的長度大于所述儲桶的高度，且增濕管垂直位于所述儲桶中間；所述增濕管上端連接所述輸氣管；所述輸氣管的另一端連接所述調(diào)壓閥；所述調(diào)壓閥的另一端通過所述輸氣管連接所述水蒸汽發(fā)生器；

S2、裝填土樣

將土樣裝填在所述儲桶中，裝填量為土樣恰好填滿儲桶；

S3、分段增濕

開啟所述水蒸汽發(fā)生器并設定所述調(diào)壓閥的壓力為0.02-0.10MPa，進行第一次增濕，20-30min后關閉；

對第一次增濕的土樣基面進行密封，返潮處理10-12h；