一種電滲聯合氣壓劈裂裝置製造方法
2023-07-28 06:54:21
一種電滲聯合氣壓劈裂裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電滲聯合氣壓劈裂裝置。本裝置在電滲裝置的基礎上，將陽極與外接氣壓源相連，並在陽極底部的1/2以內打設噴氣孔，由此陽極同時作為噴氣管，陰極進入待處理軟粘土部分設有排水孔，由此陰極同時作為排水管。本裝置電極採用平行錯位布置形式。本工藝是在電滲進行12～30小時後通過陽極向軟粘土中噴氣，氣壓控制在250kPa～400kPa，持續時間為10～20分鐘，之後每四小時重複噴射一次高壓氣。本實用新型的有益效果：1）相同時間處理等體積同一批軟粘土，電滲聯合氣壓劈裂技術比單純電滲技術排水量、土的抗剪強度都增加10~16%；2）電滲聯合氣壓劈裂技術比單純電滲技術更利於深部土體的排水固結。
【專利說明】一種電滲聯合氣壓劈裂裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及軟土地基處理的一種電滲聯合氣壓劈裂裝置。
【背景技術】
[0002]電滲法是通過在插入土體中的電極上施加電場來加速排水固結的一種地基處理方法。在電場的作用下，土體中的水從陽極流向陰極，並在陰極排出。電滲法由於其排水速率與土的水力滲透係數無關，而與其電滲滲透係數有關，因而對於處理淤泥、吹填土等含水量高、水力滲透係數低的土有較好的適用性，近年來受到重視。然而，電滲法能耗高、經濟效益差、對深層土體處理效果欠佳，這些缺點限制了電滲法的進一步發展。
[0003]氣壓劈裂是指巖土體在高壓氣體作用下產生裂隙並發展的過程。早在20世紀80年代，在環境工程中就已採用氣壓劈裂技術在巖土體中形成裂隙，增加流體的流動通道，提高低滲透性土體的滲透性能。
[0004]將電滲與劈裂相結合，主要是考慮到兩方面:1.前期試驗表明，電滲過程中土體會產生大量裂縫，裂縫可分為有效裂縫和有害裂縫，連接陰陽極的裂縫有助於排水，為有效裂縫，橫斷陰陽極的裂縫阻斷了電場，不利於電滲，為有害裂縫。如果能利用氣壓劈裂使土體定向地產生有效裂縫，可有效地提高電滲效率。2.利用劈裂技術可提高對深層土的處理效果，這是由於一方面可利用氣壓劈裂對深層土體施加圍壓，增大超靜孔壓，另一方面，氣壓劈裂造成的裂縫可為超靜孔壓的快速消散提供通道，有助於排水。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的是克服現有技術的不足，提供一種電滲聯合氣壓劈裂裝置。
[0006]電滲聯合氣壓劈裂裝置包括模型箱、穩壓電源、導線、多個陽極、多個陰極、陽極固定裝置、外接氣壓源、氣管、氣管接頭、上覆砂、待處理軟粘土、接水容器；陽極和陰極以平行錯位方式布置，模型箱上端縱向設有陽極固定裝置，多個陽極固定在陽極固定裝置上，模型箱底部陽極固定裝置兩側設有兩排陰極固定及排水螺紋孔，陰極固定及排水螺紋孔上設有陰極固定及排水管，陰極固定及排水管端部設有與陰極固定及排水螺紋孔相配合的外螺紋，多個陰極插入陰極固定及排水管，模型箱內下部填充待處理軟粘土，模型箱內上部填充上覆砂，陽極進入待處理軟粘土底部的1/2以內設有噴氣孔，每個噴氣孔正對一個陰極，陰極進入待處理軟粘土處設有排水孔，多個陽極通過導線與穩壓電源正極相連，多個陽極通過氣管、氣管接頭與外接氣壓源相連，多個陰極通過導線與穩壓電源負極相連，多個陰極下方設有接水容器。
[0007]所述的陽極、陰極為金屬管。所述的陰極採用的金屬管內套土工濾膜。
[0008]本實用新型與現有技術相比具有有益效果:
[0009]I)相同時間處理等體積同一批軟粘土，電滲聯合氣壓劈裂技術比單純電滲技術排水量、土的抗剪強度都增加10-16% ；
[0010]2)電滲聯合氣壓劈裂技術比單純電滲技術更利於深部土體的排水固結。【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是電滲聯合氣壓劈裂裝置結構示意圖；
[0012]圖2是本實用新型的陽極、陰極布置平面圖，實心圓代表陽極，空心圓代表陰極；
[0013]圖3是電滲一堆載試驗、電滲一堆載聯合氣壓劈裂試驗總排水量累計曲線；
[0014]圖中，模型箱1、穩壓電源2、導線3、陽極4、陰極5、陽極固定裝置6、外接氣壓源7、氣管8、氣管接頭9、上覆砂10、待處理軟粘土 11、接水容器12。
【具體實施方式】
[0015]如圖1所示，電滲聯合氣壓劈裂裝置包括模型箱1、穩壓電源2、導線3、多個陽極
4、多個陰極5、陽極固定裝置6、外接氣壓源7、氣管8、氣管接頭9、上覆砂10、待處理軟粘土
11、接水容器12 ;多個陽極4和多個陰極5以平行錯位方式布置，模型箱I上端縱向設有陽極固定裝置6，多個陽極4固定在陽極固定裝置6上，模型箱I底部陽極固定裝置6兩側設有兩排陰極固定及排水螺紋孔，陰極固定及排水螺紋孔上設有陰極固定及排水管，陰極固定及排水管端部設有與陰極固定及排水螺紋孔相配合的外螺紋，多個陰極5插入陰極固定及排水管，模型箱I內下部填充待處理軟粘土 11，模型箱I內上部填充上覆砂10，陽極4進入待處理軟粘土 11底部的1/2以內設有個噴氣孔，每個噴氣孔正對一個陰極5，陰極5進入待處理軟粘土 11處設有排水孔，多個陽極4通過導線3與穩壓電源2正極相連，多個陽極4通過氣管8、氣管接頭9與外接氣壓源7相連，多個陰極5通過導線3與穩壓電源2負極相連，多個陰極5下方設有接水容器12。
[0016]所述的陽極4、陰極5為金屬管。所述的陰極5採用的金屬管內套土工濾膜。
[0017]電滲聯合氣壓劈裂工藝的步驟如下:
[0018]I)將陰極固定及排水管旋入陰極固定及排水螺紋孔，多個陰極5插入陰極固定及排水管，利用陽極固定裝置6將多個陽極4固定在模型箱I上；
[0019]2)將待處理軟粘土 11分層填充至模型箱I中，每填充一層後壓實，使所填充的軟粘土處於密實狀態，如此反覆直至模型箱內軟粘土高度達到設計處理高度；
[0020]3)將上覆砂10均勻地鋪在待處理軟粘土 11上；
[0021]4)用導線3將陽極4、陰極5分別與穩壓電源2的正負極串聯，用氣管8、氣管接頭9將陽極4與外接氣壓源7相連；
[0022]5)開啟穩壓電源2，以lV/cm?2 V/cm的電壓梯度在陽極4與陰極5之間通入穩壓直流電；
[0023]6)通電過程中每四小時測量一次排水體積，並繪製累計排水體積曲線圖；
[0024]7)通電12到30小時後，打開外接氣壓源7，向待處理軟粘土 11中噴射高壓氣，氣壓控制在200kPa?400kPa，持續時間為10?20分鐘，然後關閉外接氣壓源7，之後每四小
時重複噴射一次高壓氣；
[0025]8)當累計排水體積曲線圖接近水平時關閉穩壓電源2。
[0026]實施例:
[0027]試驗方案
[0028]所用模型箱尺寸為700\300\400111111(外邊緣)。電極材料採用鋁管。試驗過程中，陽極同時作為噴氣管，陽極長450mm,外徑16mm,內徑IOmm,在底部50mm處和150mm處打直徑2mm小孔。陰極長450mm,外徑24mm,內徑18mm,底部300mm內均勻分布直徑4 mm的小孔。電極的布置形式採用平行錯位布置，同性電極間間距為200 _，異性電極間距為141_。
[0029]設置一組對照試驗，即比較電滲-堆載聯合劈裂、電滲-堆載這兩種情況。電滲-堆載聯合劈裂試驗步驟如下:
[0030]I)將陰極固定及排水管旋入陰極固定及排水螺紋孔，多個陰極5插入陰極固定及排水管，利用陽極固定裝置6將多個陽極4固定在模型箱I上；
[0031]2)將待處理軟粘土 11以每層5cm厚分層填充至模型箱I中，每填充一層後壓實，使所填充的軟粘土處於密實狀態，如此反覆直至模型箱內軟粘土高度達到27cm ；
[0032]3)將14.7kg上覆砂10均勻地鋪在待處理軟粘土 11上；
[0033]4)用導線3將陽極4、陰極5分別與穩壓電源2的正負極串聯，用氣管8、氣管接頭9將陽極4與外接氣壓源7相連；
[0034]5 )開啟穩壓電源2,在陽極4與陰極5之間通入15V穩壓直流電；
[0035]6)通電過程中每四小時測量一次排水體積，並繪製累計排水體積曲線圖；
[0036]7)通電24小時後，打開外接氣壓源7，向待處理軟粘土 11中噴射高壓氣，氣壓控制在200kPa~400kPa，持續時間為15分鐘，然後關閉外接氣壓源7，之後每四小時重複噴
射一次高壓氣；
[0037]8)通電96 h後，累計排水體積曲線圖接近水平，關閉穩壓電源2 ; [0038]9)取不同位置處的土體測定含水量、抗剪強度。
[0039]電滲-堆載試驗步驟與電滲-堆載聯合劈裂類似，只是省去第7步。
[0040]試驗結果
[0041]試驗前土體處於流塑狀態，抗剪強度為O。試驗結束後，分別測定了模型箱中表層、中層、底層各陰極和陽極附近土的抗剪強度，見表1。可知:無論是陽極附近還是陰極附近，無論是表層、中層還是底層，電滲一堆載聯合氣壓劈裂試驗后土的抗剪強度均高於電滲一堆載試驗的，電滲一堆載處理后土的抗剪強度平均值為4.387kPa，而電滲一堆載聯合氣壓劈裂試驗后土的抗剪強度平均值為5.133kPa，比前者提高16.9% ;相較電滲一堆載試驗，電滲一堆載聯合氣壓劈裂試驗後表層、中層和底層土的抗剪強度分別提高16.8%、5.1%、34.6%，這說明電滲一堆載聯合氣壓劈裂試驗對於深層土體有較好的處理效果。
[0042]表1試驗后土的抗剪強度
[0043]
抗酋強If(kPa)陽極陰極表層中層底層總體電滲一堆栽 5—600^ ^ 7S ^ J.Q4JS03-240 4..3 S 7電滲一堆載聯合氣壓劈裂6.M74 .Π! 6.1204.9204.360 5.133
[0044]試驗結束後，分別測定了模型箱表層、中層、底層土的含水量，如表。測得電滲一堆載試驗中土的含水量從67.57%降低到46.42%，降低21.15%，電滲一堆載聯合氣壓劈裂試驗中土的含水量從68.21%降低到45.13%，降低23.08%。僅從含水量的降低情況來看，電滲一堆載聯合氣壓劈裂試驗比電滲一堆載試驗雖然有所改善，但是相差不大。這主要是由於含水量的測量與取土位置關係很大，不同取土的位置含水量差別很大，而取土位置很難把握。由於兩次試驗採用的是同一批土，初始含水量基本相同，且處理體積相等，因此，排水量是評價氣壓劈裂對於電滲效果影響的最為直觀的參數。
[0045]表2試驗前后土的含水量
[0046]
【權利要求】
1.一種電滲聯合氣壓劈裂裝置，其特徵在於包括模型箱(I)、穩壓電源(2)、導線(3)、多個陽極(4)、多個陰極(5)、陽極固定裝置(6)、外接氣壓源(7)、氣管(8)、氣管接頭(9)、上覆砂(10)、待處理軟粘土(11)、接水容器(12);多個陽極(4)和多個陰極(5)以平行錯位方式布置，模型箱(I)上端縱向設有陽極固定裝置(6)，多個陽極(4)固定在陽極固定裝置(6)上，模型箱(I)底部陽極固定裝置(6)兩側設有兩排陰極固定及排水螺紋孔，陰極固定及排水螺紋孔上設有陰極固定及排水管，陰極固定及排水管端部設有與陰極固定及排水螺紋孔相配合的外螺紋，多個陰極(5)插入陰極固定及排水管，模型箱(I)內下部填充待處理軟粘土(11)，模型箱(I)內上部填充上覆砂(10)，陽極(4)進入待處理軟粘土(11)底部的1/2以內設有個噴氣孔，每個噴氣孔正對一個陰極(5)，陰極(5)進入待處理軟粘土(11)處設有排水孔，多個陽極(4)通過導線(3)與穩壓電源(2)正極相連，多個陽極(4)通過氣管(8)、氣管接頭(9)與外接氣壓源(7)相連，多個陰極(5)通過導線(3)與穩壓電源(2)負極相連，多個陰極(5)下方設有接水容器(12)。
2.根據權利要求1所述的一種電滲聯合氣壓劈裂裝置，其特徵在於所述的陽極(4)、陰極(5)為金屬管。
3.根據權利要求2所述的一種電滲聯合氣壓劈裂裝置，其特徵在於所述的陰極(5)採用的金屬管內套土工濾膜。
【文檔編號】E02D3/11GK203383203SQ201320408970
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年7月10日 優先權日:2013年7月10日
【發明者】周建, 胡平川, 李一雯, 龔曉南, 陳宇翔 申請人:浙江大學