可模擬上覆荷載的軟土電化學加固模型試驗裝置的製作方法

2023-06-16 18:34:41 1

專利名稱：可模擬上覆荷載的軟土電化學加固模型試驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及軟土加固技術領域，更具體涉及一種可模擬上覆荷載的軟土電化學加 固模型試驗裝置，適用於模擬現場條件的電化學成樁加固軟土模型試驗。
背景技術：
土的膠結作用對土的工程特性具有重大影響，當土中含有一定量的膠結成分時， 土的力學性質明顯改善，即使是在大孔隙比和高含水量的情況下，土仍具有較低的壓縮性 和較高的強度。軟土電化學成樁加固法正是基於上述認識而提出的一種加固方法，即人為 地在軟土中插入金屬電極，並施以直流電，電極在直流電的作用下發生一系列反應後形成 膠結樁體，以達到加固軟土的目的。該方法不需要添加水泥、砂等建築材料，不需要大型施 工機械，無粉塵、噪音汙染，且對加固區域環境無擾動，是一種無汙染的環保型地基處理方 法，具有廣闊的應用前景。但由於對軟土電化學成樁加固法缺乏系統的研究，目前該方法還 未在實際工程中得到廣泛應用。為推動軟土地基處理的電化學樁加固法的應用，須開展系統的試驗研究，以探討 電化學成樁法的加固機理、工藝及施工控制方法與措施。經檢索中國專利(專利申請號 200710052637. 5，發明專利名稱電化學成樁法加固軟土模型試驗裝置)公開了一種電化 學成樁法加固軟土模型試驗裝置，該裝置可以模擬電化學成樁法的物理過程，控制地下水 位，為電化學成樁法的室內模型試驗研究提供一套實用有效的試驗裝置。但採用該裝置進 行室內模型試驗時，加固土體的上表面是開敞的，試驗過程中水分蒸發效應顯著。而實際工 程地質體中，軟土層以上一般都有一定厚度的覆蓋層，覆蓋層的封閉性和荷載效應對軟土 電化學成樁加固過程具有顯著的影響。因此，採用上述模型試驗裝置，其試驗條件與現場軟 土地基實際賦存環境有較大的差異，無法考慮表面覆蓋層的封閉效應和荷載水平。因此，為了更好地模擬現場軟土加固施工環境，研究不同上覆荷載水平對電化學 成樁加固效果的影響規律，有必要進一步研製新的模型試驗裝置。

發明內容
本發明的目的在於提供了一種可模擬上覆荷載的軟土電化學加固模型試驗裝置， 該裝置可以很好地模擬現場軟土地基表面覆蓋層的封閉效應，電化學加固模型試驗過程中 可調節表面荷載大小，以反應實際工程中不同的覆蓋層厚度，便於研究荷載水平對電化學 成樁加固效果的影響規律。該試驗裝置結構合理、操作方便，主要用於電化學成樁法加固軟 土模型試驗研究。為了達到上述目的，本發明採用以下技術措施—種可模擬上覆荷載的軟土電化學加固模型試驗裝置，其特徵在於採用塑料薄 膜和電極插孔板封閉土樣箱中軟土樣的上表面，減小表面蒸發效應；採用彈簧配合反力架 對軟土體進行加載，在不影響通電加固過程的情況下實現了土體上覆荷載條件；試驗過程 中通過調節反力架橫梁高度，可調整土體上覆荷載水平；反力架、傳力柱、套筒均採用工程塑料製作，加載彈簧採用絕緣材料進行包裹，保證通電加固過程中試驗人員的安全。可模擬上覆荷載的軟土電化學加固模型試驗裝置由金屬電極、大功率穩壓穩流直 流電源、電流表、電纜線、土樣箱、多孔透水板、水閥、排氣閥、水管、馬氏瓶、土樣、純水、塑料 薄膜、電極插孔板、反力架、傳力柱、彈簧、套筒等部分構成，其中金屬電極、大功率穩壓穩流 直流電源、電流表、電纜線、土樣箱、多孔透水板、水閥、排氣閥、水管、馬氏瓶、土樣、純水與 發明專利(200710052637.5)公開的電化學成樁法加固軟土模型試驗裝置相同。一種可模 擬上覆荷載的電化學成樁法加固軟土模型試驗裝置，其特徵在於土樣箱置於反力架底板 之上，反力架底板與反力架立柱採用結構膠連接，反力架立柱通過螺栓與反力架頂板相連， 塑料薄膜置於土樣上表面，電極插孔板置於塑料薄膜之上，彈簧對中放置於電極插孔板之 上，套筒對中套入彈簧上端，套筒與傳力柱採用結構膠連接，傳力柱與反力架頂板保持接 觸。所述的反力架立柱上端480mm長度範圍內打磨成螺紋杆，旋轉螺栓可上下調節反力架 頂板高度。所述的金屬電極穿過電極插孔板和塑料薄膜，插入土樣箱內的土樣中。所述的 電極插孔板、反力架底板、反力架立柱、反力架頂板、傳力柱、套筒採用工程塑料製作，彈簧 採用絕緣材料包裹。可模擬上覆荷載的軟土電化學加固模型試驗裝置由金屬電極、大功率穩壓穩流直 流電源、電流表、電纜線、土樣箱、多孔透水板、水閥、排氣閥、水管、馬氏瓶、土樣、純水、塑料 薄膜、電極插孔板、反力架、傳力柱、彈簧、套筒等部分構成，其中金屬電極、大功率穩壓穩流 直流電源、電流表、電纜線、土樣箱、多孔透水板、水閥、排氣閥、水管、馬氏瓶、土樣、純水與 發明專利(200710052637. 5)公開的電化學成樁法加固軟土模型試驗裝置相同。塑料薄膜採用0. 5mm 1mm厚的聚乙烯農地膜；電極插孔板為 590mm X 590mm X 20mm的工程塑料板，並按50mm的間距布置直徑為10mm的電級插孔；反 力架採用工程塑料製作，由1塊底板、4根立柱和1塊頂板構成，反力架底板、頂板均為 880mmX 880mmX 40mm的方板，立柱直徑為50mm，長度為1200mm，其下端與底板通過結構膠 相連，立柱上端480mm長度範圍內打磨成螺紋杆，通過螺栓與頂板相連。傳力柱為150mmX 150mmX 150mm的立方體，採用工程塑料製作；彈簧為直徑150mm 的圓柱螺旋壓縮彈簧，長度為250mm 300mm，彈簧絲直徑為3mm 6mm，並採用絕緣材料進 行包裹；套筒為內徑180mm，外徑200mm，高度200mm的空心圓柱體，採用工程塑料製作，並通 過結構膠與傳力柱相連。將土樣箱放置於反力架底板上，然後將調製好的土樣裝入土樣箱內，在土樣表面 蓋上塑料薄膜，並將電級插孔板放於塑料薄膜之上，通過馬氏瓶調節土體內部地下水位；將 金屬電極通過電極插孔板插入土樣箱中的土體中，將彈簧壓在電極插孔板之上，安裝套筒 和傳力柱，調節反力架頂板高度，直至反力架頂板與傳力柱剛好接觸；將插入的電極按正、 負級進行分組並接入大功率穩壓穩流直流電源，並設定通電電流控制參數；調低反力架頂 板高度，通過壓縮彈簧對試驗土樣進行加載，加載大小根據實際軟土地基上覆荷載水平確 定；啟動電源，通電加固。本發明是一種新型的電化學成樁加固模型試驗裝置，具有以下優點和效果採用 塑料薄膜和電極插孔板封閉軟土樣的上表面，減小蒸發效應對電化學成樁加固過程的影 響，更接近於現場工作條件；採用彈簧裝置進行加載，避免了傳統加載裝置中荷載板與電極 及連接線衝突的問題，保證了通電加固過程土體上覆荷載條件的實現；在彈簧外側設有套筒，保證加載過程中彈簧的穩定性；試驗過程中通過調節反力架橫梁高度來調整土體上覆 荷載水平，可模擬實際工程中不同覆蓋層厚度的軟土地基加固過程；反力架、傳力柱、套筒 均採用工程塑料製作，加載彈簧採用絕緣材料進行包裹，保證通電加固過程中試驗人員的安全。


圖1為可模擬上覆荷載的軟土電化學加固模型試驗裝置示意圖。圖中1.金屬電極，2.大功率穩壓穩流直流電源(DCP30000)，3.電流表，4.電纜 線，5. 土樣箱，6.多孔透水板，7.水閥，8.排氣閥，9.水管，10.馬氏瓶，11. 土樣，12.純水， 13.塑料薄膜，14.電極插孔板，15.反力架底板，16.反力架立柱，17.反力架頂板，18.傳力 柱，19.彈簧，20.套筒，21.螺栓。
具體實施例方式下面根據附圖對本發明作進一步詳細描述根據圖1，可模擬上覆荷載的電化學成樁法加固軟土模型試驗裝置由金屬電極1， 大功率穩壓穩流直流電源2，電流表3，電纜線4，土樣箱5，多孔透水板6，水閥7，排氣閥8， 水管9，馬氏瓶10，土樣11，純水12，塑料薄膜13，電極插孔板14，反力架底板15，反力架立 柱16，反力架頂板17，傳力柱18，彈簧19，套筒20，螺栓21構成。其特徵在於塑料薄膜13採用0. 5mm 1mm厚的聚乙烯農地膜；電極插孔板14為 590mmX590mmX20mm的工程塑料板，並按50mm的間距布置直徑為10mm的電級插孔；反力 架底板15、反力架立柱16和反力架頂板17均採用工程塑料製作，反力架底板15和反力架 頂板17均為880mmX 880mmX 40mm的方板，反力架立柱16直徑為50mm，長度為1200mm，其 下端與反力架底板15通過結構膠相連，反力架立柱16上端480mm長度範圍內打磨成螺紋 杆，通過螺栓21與反力架頂板17相連。傳力柱18為150mmX150mmX150mm的立方體，採用工程塑料製作；彈簧19為直徑 150mm的圓柱螺旋壓縮彈簧，長度為250mm 300mm，彈簧絲直徑為3mm 6mm，並採用絕緣 材料進行包裹；套筒20為內徑180mm，外徑200mm，高度200mm的空心圓柱體，採用工程塑料 製作，並通過結構膠與傳力柱18相連。土樣箱5置於反力架底板15之上，土樣11表面採用塑料薄膜13封閉，電級插孔 14放置於塑料薄膜13之上，起到封閉土樣蒸發表面的目的；所述的金屬電極1穿過電極插 孔板14和塑料薄膜13，插入土樣箱5內的土樣11中，達到準確定位的目的；彈簧19置於在 電極插孔板14之上，彈簧19中心軸線與電極插孔板14中心一致；套筒20套在彈簧19上 端，套筒20的內壁與彈簧19外邊界之間留有10mm左右間隙，在不影響彈簧19變形的條件 下，保證彈簧19的穩定性；螺栓21與反力架頂板17相連，調節反力架頂板17的高度，直至 反力架頂板17與傳力柱19剛好接觸；將插入的金屬電極1按正、負級進行分組並接入大功 率穩壓穩流直流電源2，並設定通電電流控制參數；調低反力架頂板17高度，壓縮彈簧19，並通 過電極插孔板14對試驗土樣11進行加載，加載大小根據實際軟土地基上覆荷載水平確定；啟 動電源大功率穩壓穩流直流電源2，通電加固。所述的電極插孔板14、反力架底板15、反力架立 柱16、反力架頂板17、傳力柱18、套筒20採用工程塑料製作，彈簧19採用絕緣材料包裹。
權利要求
一種可模擬上覆荷載的電化學成樁法加固軟土模型試驗裝置，它包括金屬電極(1)、土樣箱(5)、電極插孔板(14)、反力架底板(15)、反力架立柱(16)、反力架頂板(17)、傳力柱(18)、套筒(20)、彈簧(19)，其特徵在於土樣箱(5)置於反力架底板(15)之上，反力架底板(15)與反力架立柱(16)採用結構膠連接，反力架立柱(16)通過螺栓(21)與反力架頂板(17)相連，塑料薄膜(13)置於土樣(11)上表面，電極插孔板(14)置於塑料薄膜(13)之上，彈簧(19)對中放置於電極插孔板(14)之上，套筒(20)對中套入彈簧(19)上端，套筒(20)與傳力柱(18)採用結構膠連接，傳力柱(18)與反力架頂板(17)保持接觸。
2.根據權利要求1所述的一種可模擬上覆荷載的電化學成樁法加固軟土模型試驗裝 置，其特徵在於所述的反力架立柱(16)上端480mm長度範圍內打磨成螺紋杆，螺栓(21) 與反力架頂板(17)相連。
3.根據權利要求1所述的一種可模擬上覆荷載的電化學成樁法加固軟土模型試驗裝 置，其特徵在於所述的金屬電極(1)穿過電極插孔板(14)和塑料薄膜(13)，插入土樣箱 (5)內的土樣(11)中。
4.根據權利要求1所述的一種可模擬上覆荷載的電化學成樁法加固軟土模型試驗裝 置，其特徵在於所述的電極插孔板(14)、反力架底板(15)、反力架立柱(16)、反力架頂板 (17)、傳力柱(18)、套筒(20)採用工程塑料製作，彈簧(19)採用絕緣材料包裹。
5.根據權利要求1所述的一種可模擬上覆荷載的電化學成樁法加固軟土模型試驗裝 置，其特徵在於所述的彈簧(19)置於在電極插孔板(14)之上，彈簧(19)中心軸線與電極 插孔板(14)中心一致；套筒(20)套在彈簧(19)上端，套筒(20)的內壁與彈簧(19)外邊 界之間留有間隙。
全文摘要
本發明公開了一種可模擬上覆荷載的電化學成樁法加固軟土模型試驗裝置，土樣箱置於反力架底板之上，反力架底板與反力架立柱採用結構膠連接，反力架立柱通過螺栓與反力架頂板相連，塑料薄膜置於土樣上表面，電極插孔板置於塑料薄膜之上，彈簧對中放置於電極插孔板之上，套筒對中套入彈簧上端，套筒與傳力柱採用結構膠連接，傳力柱與反力架頂板保持接觸。反力架立柱上端打磨成螺紋杆，螺栓與反力架頂板相連。金屬電極穿過電極插孔板和塑料薄膜，插入土樣箱內的土樣中。本發明結構合理、簡單，操作方便，可更好地模擬現場有覆蓋層的軟土加固施工環境，能用於上覆荷載條件下軟土電化學成樁法加固模型試驗。
文檔編號E02D33/00GK101876175SQ20091027243
公開日2010年11月3日 申請日期2009年10月16日 優先權日2009年10月16日
發明者餘飛, 周偉, 王小剛, 程昌炳, 陳善雄 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所