專利名稱：雙向電滲固結(jié)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電滲領(lǐng)域，特別涉及一種雙向電滲固結(jié)儀，通過監(jiān)測(cè)設(shè)備可以得到試樣中電勢(shì)和孔壓的實(shí)時(shí)分布情況，電流、出水量以及分層沉降值。
背景技術(shù)：
自1809年俄國學(xué)者Reuss首次發(fā)現(xiàn)電滲現(xiàn)象以來，電滲在理論和試驗(yàn)等方面都有了很大的進(jìn)展。hrig，Wan和Mitchell等人發(fā)展了電滲的一維固結(jié)理論，Cassagrand則首次將電滲法應(yīng)用在實(shí)際工程中。國內(nèi)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。近年來，世界范圍內(nèi)，沿海各種工業(yè)園區(qū)、人工島(飛機(jī)場)、旅游勝地、填砂護(hù)灘以及海岸防護(hù)工程日益增多。國外典型工程有新加坡裕廊島吹填工程，香港竹篙灣迪士尼公園填海工程，韓國釜山新集裝箱碼頭吹填工程，日本關(guān)西、神戶、中部等機(jī)場人工島吹填工程，以及中東迪拜的人工島巨大圍海吹填工程也相當(dāng)引人注目。在我國此類工程則有澳門國際機(jī)場(人工島清淤拋填砂量0.61億m3)、香港國際機(jī)場(疏浚土方量2.4億m3)等，而且隨著港口建設(shè)的飛速發(fā)展，其他的沿海地區(qū)利用港池和航道疏浚土吹填造陸工程如雨后春筍般地不斷涌現(xiàn)。另外，沿海地區(qū)城市在如河流三角洲等軟土地基上進(jìn)行的基礎(chǔ)建設(shè)施工也越來越多。這一類工程中，軟粘土的處理成為一個(gè)難題。我國沿海地區(qū)的工程建設(shè)中， 地基中常含有大量軟粘土，這類軟粘土具有含水量高、孔隙比大、滲透性小的工程性質(zhì)，對(duì)工程建設(shè)會(huì)造成很大的安全隱患，因此必須對(duì)這類地基進(jìn)行排水固結(jié)處理。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。 另外還有尾礦、污泥等的處理也涉及到這種問題。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?，F(xiàn)有的電滲試驗(yàn)儀器一般將陰極布置在下方，在土樣中形成從上到下的電滲流， 然后利用水的自重在儀器底部用量筒收集出水，也有儀器將陰極布置在中間而陽極分布在四周，形成從外向里的軸對(duì)稱電滲模型。但這些儀器都只能進(jìn)行單向的電滲試驗(yàn)，并且無法對(duì)土樣的分層沉降進(jìn)行觀測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種雙向電滲固結(jié)儀，可以對(duì)不同土體試樣進(jìn)行雙向電滲試驗(yàn)，得到有效的電流、電勢(shì)、孔壓、出水量、分層沉降等數(shù)據(jù)，同時(shí)能對(duì)電滲過程中試樣內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)時(shí)變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)電滲效果進(jìn)行定量分析，得到有益的結(jié)論，以指導(dǎo)實(shí)際工程中電滲技術(shù)的應(yīng)用和推廣。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是雙向電滲固結(jié)儀，包括一圓柱形試驗(yàn)主筒5，主筒5上部設(shè)置有與之相適配的套筒3，在主筒5上與套筒3的連接處開有第一 0型圈槽11用于放置0型圈，主筒5與套筒3通過第一螺絲孔10固定，套筒3的上方設(shè)置有套筒管口 6，在主筒5筒壁一側(cè)的一條豎直線上的不同位置開有5個(gè)孔壓量測(cè)孔15，插有5個(gè)張力計(jì)17，5個(gè)張力計(jì)17與信號(hào)端相連，在主筒5筒壁對(duì)稱的另一側(cè)的一條豎直線上開有6個(gè)小孔，中間四個(gè)小孔為電勢(shì)測(cè)量孔16，電勢(shì)測(cè)量孔16插有電勢(shì)傳感器18，電勢(shì)傳感器18與電勢(shì)數(shù)據(jù)采集儀20信號(hào)端相連，最下面的小孔通過導(dǎo)線2接陰極板21至電流表27再連接至直流電源1，最上面的小孔則接陽極板 14再連接至直流電源1，孔壓數(shù)據(jù)采集儀19與電勢(shì)數(shù)據(jù)采集儀20與計(jì)算機(jī)觀相連，主筒5 下部設(shè)置有與之相適配的底座25，主筒5與底座25在連接處分別開有第二 0型圈槽22和第三0型圈槽M用于放置0型圈，主筒5底部、墊片23及底座25通過第二螺絲孔沈固定連接在一起。所述的主筒5內(nèi)放置有試樣9，試樣9的上面依次布置有陰極板14、濾紙13、透水石12，套筒管口 6通過膠皮管7與量筒8相連通，主筒5內(nèi)試樣9的下部依次布置有陽極板 21、濾紙13、透水石12，透水石下方放置不透水墊片23。所述的主筒5內(nèi)放置有試樣9，試樣9的上面依次布置有陽極板21、濾紙13、透水石12，主筒5內(nèi)試樣9的下部依次布置有陰極板14、濾紙13、透水石12，透水石12下方放置可透水墊片四，底座25上的水平排水管30通過膠皮管7與洗氣瓶31連接相通，洗氣瓶的另外一根導(dǎo)管通過膠皮管與真空泵32連接。所述的透水石12、陽極板14、陰極板21、試樣9均同軸布置，張力計(jì)17、電勢(shì)傳感器18插入后與試樣9垂直，且隨著試樣9的沉降而向下移動(dòng)。本發(fā)明具有以下功能1、能夠?qū)Σ煌嚇舆M(jìn)行電滲試驗(yàn)，試驗(yàn)中能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)參數(shù)，主要包括電流、電勢(shì)、孔壓、出水量、分層沉降。對(duì)出水量、沉降的觀測(cè)結(jié)果能對(duì)電滲效果進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，對(duì)電流的觀測(cè)結(jié)果能對(duì)能耗進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，對(duì)電勢(shì)和孔壓的觀測(cè)能對(duì)電滲的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到有益的結(jié)果以更好的指導(dǎo)電滲在實(shí)際工程中的應(yīng)用。2、電流通過串聯(lián)的電流表測(cè)得，電勢(shì)和孔壓通過傳感器和采集儀直接顯示并儲(chǔ)存在電腦上，整個(gè)量測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度較高。3、可進(jìn)行陰極在上和陰極在下的雙向電滲試驗(yàn)，對(duì)于電極反轉(zhuǎn)類試驗(yàn)具有較好的操作性。4、除了進(jìn)行電滲固結(jié)試驗(yàn)，也可以對(duì)被污染試樣進(jìn)行電滲試驗(yàn)，觀測(cè)并分析結(jié)果； 通過側(cè)壁的小孔，可以在電滲結(jié)束后從土樣中取得溶液樣本進(jìn)行化學(xué)分析，觀察電滲對(duì)污染物運(yùn)移的影響。
五

圖1是本發(fā)明陰極在上的示意圖；圖2是本發(fā)明陰極在下的示意圖；圖3是底座25剖面圖；圖4是陽、陽極板示意圖，圖如為陽極板示意；圖4a為陽極板示意；圖5是不透水墊片23示意圖。
圖6是可透水墊片四示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。參照?qǐng)D1、圖3、當(dāng)進(jìn)行陰極在上陽極在下的電滲固結(jié)試驗(yàn)時(shí)，所采用的雙向電滲固結(jié)儀，包括一圓柱形試驗(yàn)主筒5，主筒5上部設(shè)置有與之相適配的套筒3，在主筒5上與套筒3的連接處開有第一 0型圈槽11用于放置0型圈，主筒5與套筒3通過第一螺絲孔10固定，主筒5內(nèi)試樣9的上面依次布置有陰極板14、濾紙13、透水石12，套筒3的上方設(shè)置有套筒管口 6，套筒管口 6通過膠皮管7與量筒8相連通，在主筒5筒壁一側(cè)的一條豎直線上的不同位置開有5個(gè)孔壓量測(cè)孔15，插有5個(gè)張力計(jì)17，5個(gè)張力計(jì)17與信號(hào)端相連，在主筒5筒壁對(duì)稱的另一側(cè)的一條豎直線上開有6個(gè)小孔，中間四個(gè)小孔為電勢(shì)測(cè)量孔16插有電勢(shì)傳感器18，電勢(shì)傳感器18與電勢(shì)數(shù)據(jù)采集儀20信號(hào)端相連，最下面的小孔通過導(dǎo)線2 接陰極板21至電流表27再連接至直流電源1，最上面的小孔則接陽極板14再連接至直流電源1，孔壓數(shù)據(jù)采集儀19與電勢(shì)數(shù)據(jù)采集儀20與計(jì)算機(jī)觀相連，主筒5下部設(shè)置有與之相適配的底座25，主筒5與底座25在連接處分別開有第二 0型圈槽22和第三0型圈槽M 用于放置0型圈，主筒5內(nèi)試樣9的下部依次布置有陽極板21、濾紙13、透水石12，透水石下方放置不透水墊片23，主筒5底部、不透水墊片23及底座25通過第二螺絲孔沈固定連接在一起。參照?qǐng)D2、圖3、，當(dāng)進(jìn)行陰極在下的電滲試驗(yàn)時(shí)，所采用的雙向電滲固結(jié)儀，包括一圓柱形試驗(yàn)主筒5，主筒5上部設(shè)置有與之相適配的套筒3，在主筒5上與套筒3的連接處開有第一 0型圈槽11用于放置0型圈，主筒5與套筒3通過第一螺絲孔10固定，主筒5 內(nèi)試樣9的上面依次布置有陽極板21、濾紙13、透水石12，套筒3的上方設(shè)置有套筒管口 6，在主筒5筒壁一側(cè)的一條豎直線上的不同位置開有5個(gè)孔壓量測(cè)孔15，插有5個(gè)張力計(jì) 17，5個(gè)張力計(jì)17與信號(hào)端相連，在主筒5筒壁對(duì)稱的另一側(cè)的一條豎直線上開有6個(gè)小孔，中間四個(gè)小孔為電勢(shì)測(cè)量孔16插有電勢(shì)傳感器18，電勢(shì)傳感器18與電勢(shì)數(shù)據(jù)采集儀 20信號(hào)端相連，最下面的小孔通過導(dǎo)線2接陰極板21至電流表27再連接至直流電源1，最上面的小孔則接陽極板14再連接至直流電源1，孔壓數(shù)據(jù)采集儀19與電勢(shì)數(shù)據(jù)采集儀20 與計(jì)算機(jī)觀相連，主筒5下部設(shè)置有與之相適配的底座25，主筒5與底座25在連接處分別開有第二 0型圈槽22和第三0型圈槽M用于放置0型圈，主筒5內(nèi)試樣9的下部依次布置有陰極板14、濾紙13、透水石12，透水石12下方放置可透水墊片四，主筒5底部、墊片 23及底座25通過第二螺絲孔沈固定連接在一起，底座25上的水平排水管30通過膠皮管 7與洗氣瓶31連接相通，洗氣瓶的另外一根導(dǎo)管通過膠皮管與真空泵32連接。整個(gè)裝置都用絕緣材料制作而成，利用有機(jī)玻璃為材料制作圓柱形試驗(yàn)主筒5，0 型圈則能很好的解決連接各連接部位的止水問題。在套筒3上一定高度位置開有一個(gè)套筒管口 6，試驗(yàn)之前在套筒3中加水至套筒管口 6，該裝置能用于收集電滲出水。從理論上來說，電滲過程中土樣總體積不變，由于土體固結(jié)沉降所排出的水會(huì)在陰極處累積但不會(huì)溢出，然而，利用該裝置進(jìn)行電滲試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)仍有部分水會(huì)溢出，因此這樣一個(gè)套筒管口 6是必要的；在底座25上開有另外一個(gè)水平排水管30，連接到洗氣瓶31，洗氣瓶31另一導(dǎo)管連接到真空泵32，這個(gè)裝置主要用于陰極在下的電滲試驗(yàn)中，作用是收集電滲出水。在主筒25 上不同深度的位置，有相應(yīng)的劃線標(biāo)志，以便對(duì)沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主筒25的內(nèi)壁上涂有一定量的機(jī)油，以減小試樣9與筒壁的摩擦；布置好電勢(shì)傳感器18和導(dǎo)線之后，用玻璃膠將小孔密封并靜置一段時(shí)間待其凝固止水，參照?qǐng)D4，電極板為2mm厚的圓形銅板，上面無規(guī)則的分布著小孔以便透水。在連接至電源的導(dǎo)線中，串聯(lián)有一個(gè)高靈敏度的電流表27，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試樣中的電流。參照?qǐng)D5、圖6，當(dāng)進(jìn)行陰極在上陽極在下的電滲試驗(yàn)時(shí)，使用不透水墊片23，待裝樣完成、電極板安裝好之后，在上部套筒3中加水至套筒管口 6處，量筒8收集電滲過程的出水；當(dāng)進(jìn)行陰極在下陽極在上的電滲試驗(yàn)時(shí)，使用可透水墊片29，并將底座上的水平管口連接到洗氣瓶并將洗氣瓶與真空泵連接，隔段時(shí)間打開真空泵32進(jìn)行集水并量測(cè)水量， 之后關(guān)閉真空泵32。本發(fā)明的具體操作過程1)安裝儀器根據(jù)試驗(yàn)類型，陰極在上試驗(yàn)或者陰極在下試驗(yàn)，下面以陰極在上試驗(yàn)為例，確定采用不透水墊片或者透水墊片。將套筒6、主筒5、墊片、底座25通過固緊螺絲組裝，在接觸處的0型圈槽中放入0型圈。在主筒底部從下到上依次布置透水石12、濾紙13、陽極板14， 透水石12在安裝前要用水濕潤，將底部陰極板21與電流表27串聯(lián)并連接到直流電源1正極。2)安裝電勢(shì)傳感器18將已標(biāo)定好的張力計(jì)17和電勢(shì)傳感器18通過主筒側(cè)壁的小孔插入主筒中并將其與電源和數(shù)據(jù)采集儀19、20連接，將數(shù)據(jù)采集儀連接到電腦觀并進(jìn)行調(diào)試，確定可以正常工作，裝好后，將小孔用玻璃膠密封，并放置一段時(shí)間使玻璃膠凝固。3)填入土樣根據(jù)試驗(yàn)需要，取用一定量的土，通過分層填入和擊錘壓密等方式配置成一定干密度的土樣，填入土樣之前，還要在主筒內(nèi)壁涂抹一定量的機(jī)油。在每一層土樣的表面靠近筒壁處放置一小片深色不透水膠片與主筒5外壁的標(biāo)記線對(duì)齊，以便觀察不同深度土樣的沉降。土樣填至主筒頂部后，依次在土樣上放置陰極電極板、濾紙、透水石(提前潤濕)，并將電極板連接到電源負(fù)極。4)安裝量水裝置在套筒3中加入一定量的水至套筒管口 6處，并將套筒管口 6通過膠皮管連接通至量筒8，用密封膜將套筒上部密封。5)檢查線路，開始試驗(yàn)。6)若進(jìn)行陰極在下試驗(yàn)，則將不透水墊片1換為透水墊片2，并將底座上的水平管口連接到洗氣瓶，將洗氣瓶31與真空泵32連接。采集儀、計(jì)算機(jī)、電流表將得到的電流、電勢(shì)、孔壓、出水量、分層沉降等數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，得到有益的結(jié)論，以指導(dǎo)實(shí)際工程中電滲技術(shù)的應(yīng)用和推廣，同時(shí)能對(duì)電滲過程中試樣內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)時(shí)變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
權(quán)利要求
1.雙向電滲固結(jié)儀，其特征在于，包括一圓柱形試驗(yàn)主筒(5)，主筒( 上部設(shè)置有與之相適配的套筒(3)，在主筒( 上與套筒C3)的連接處開有第一0型圈槽(11)用于放置0 型圈，主筒( 與套筒C3)通過第一螺絲孔(10)固定，套筒C3)的上方設(shè)置有套筒管口(6)， 在主筒( 筒壁一側(cè)的一條豎直線上的不同位置開有5個(gè)孔壓量測(cè)孔(15)，插有5個(gè)張力計(jì)(17)，5個(gè)張力計(jì)(17)與信號(hào)端相連，在主筒( 筒壁對(duì)稱的另一側(cè)的一條豎直線上開有6個(gè)小孔，中間四個(gè)小孔為電勢(shì)測(cè)量孔(16)，電勢(shì)測(cè)量孔(16)插有電勢(shì)傳感器(18)，電勢(shì)傳感器(18)與電勢(shì)數(shù)據(jù)采集儀00)信號(hào)端相連，最下面的小孔通過導(dǎo)線( 接陰極板(21)至電流表(XT)再連接至直流電源(1)，最上面的小孔則接陽極板(14)再連接至直流電源(1)，孔壓數(shù)據(jù)采集儀(19)與電勢(shì)數(shù)據(jù)采集儀00)與計(jì)算機(jī)08)相連，主筒(5)下部設(shè)置有與之相適配的底座(25)，主筒(5)與底座0 在連接處分別開有第二 0型圈槽(22)和第三0型圈槽04)用于放置0型圈，主筒(5)底部、墊片03)及底座05)通過第二螺絲孔06)固定連接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向電滲固結(jié)儀，其特征在于，所述的主筒(5)內(nèi)放置有試樣(9)，試樣(9)的上面依次布置有陰極板(14)、濾紙(13)、透水石(12)，套筒管口(6)通過膠皮管⑵與量筒⑶相連通，主筒(5)內(nèi)試樣(9)的下部依次布置有陽極板(21)、濾紙 (13)、透水石(12)，透水石下方放置不透水墊片03)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向電滲固結(jié)儀，其特征在于，所述的主筒( 內(nèi)放置有試樣 (9)，試樣(9)的上面依次布置有陽極板(21)、濾紙(13)、透水石(12)，主筒(5)內(nèi)試樣(9) 的下部依次布置有陰極板(14)、濾紙(13)、透水石(12)，透水石(1 下方放置可透水墊片 ( )，底座0 上的水平排水管(30)通過膠皮管(7)與洗氣瓶(31)連接相通，洗氣瓶的另外一根導(dǎo)管通過膠皮管與真空泵(3 連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的雙向電滲固結(jié)儀，其特征在于，所述的透水石(12)、陽極板(14)、陰極板(21)、試樣(9)均同軸布置，張力計(jì)(17)、電勢(shì)傳感器(18)插入后與試樣 (9)垂直，且隨著試樣(9)的沉降而向下移動(dòng)。
全文摘要
雙向電滲固結(jié)儀，主筒中的試樣上部和下部放置電極板并通過電源在試樣中形成豎向的均勻一維電場，主筒側(cè)壁對(duì)稱的兩條邊上分別開有孔壓量測(cè)孔和電勢(shì)量測(cè)孔，張力計(jì)和電勢(shì)傳感器通過這些孔插入試樣并與數(shù)據(jù)采集儀相連，數(shù)據(jù)采集儀直接與電腦連接，可以記錄并儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，在連接電源的導(dǎo)線上串聯(lián)有精密電流表，在主筒側(cè)壁不同高度有標(biāo)記線以進(jìn)行沉降測(cè)量，本發(fā)明可以對(duì)不同土體試樣進(jìn)行雙向電滲試驗(yàn)，得到有效的電流、電勢(shì)、孔壓、出水量、分層沉降等數(shù)據(jù)，同時(shí)能對(duì)電滲過程中試樣內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)時(shí)變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)電滲效果進(jìn)行定量分析，得到有益的結(jié)論，以指導(dǎo)實(shí)際工程中電滲技術(shù)的應(yīng)用和推廣。
文檔編號(hào)G01N27/00GK102507652SQ201110299860
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者吳輝, 胡黎明 申請(qǐng)人:清華大學(xué)