[发明专利]基于电磁驱动及电渗固结理论的加快水分迁移方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于土工室内试验技术领域，具体涉及一种基于电磁驱动及电渗固结理论的加快水分在岩土体中迁移的方法及装置。

背景技术

目前，室内模拟水分在岩土体中的迁移对岩土体的性质的影响是一项非常重要的研究，以动态库水条件下的滑坡研究为例：滑坡模型试验是对滑坡演化过程进行研究的有效手段之一。目前对模型的研究主要集中在滑坡位移场、应力场等有关滑坡运动规律、内部变形规律及其危害。在水库运行条件下对滑坡变形破坏机制的研究较少，主要研究在静态水位下的变形规律或者通过数值模拟的方法研究动态库水位作用下的变形机制和变形趋势。虽然有学者提到了库水位升降对边坡破坏，但通过模拟实验得到的土体中的水位自由面和库水位面形态与实际不符。这说明目前模型试验对于渗流场的模拟远远达不到研究要求，不利于滑坡的研究。通过研究发现是因为：1.在滑坡模型制作过程中难以控制渗透系数以及存在制作工艺缺陷；2.根据相似理论得到的模型渗透系数一般为Km＝10^-6～10^-7m/s(实际中，土质滑坡土体多由粗粒土组成，其渗透系数一般在10^-4～10^-5m/s数量级)，在土力学中渗透系数k<10^-8m/s的土被认为是不透水层，故模型材料可认为是低渗透材料。模型渗透性差导致水分迁移速率慢，拉长工作周期，导致模型试验很难模拟库水位升降过程对滑坡影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电磁驱动及电渗固结理论的加快水分迁移方法及装置，该方法和装置能模拟库水升降对滑坡的影响，加快库水对排出与渗透，提高试验效率。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于电磁驱动及电渗固结理论的加快水分迁移装置，包括模型箱、滑坡模型、库水、电场产生装置、磁场产生装置；所述滑坡模型和库水置于模型箱内，且库水位于滑坡模型的滑坡与模型箱箱壁之间；在库水下方，模型箱底部设有带阀门的排水口；所述电场产生装置包括可调直流电源，以及置于滑坡模型中的阴极单元和阳极单元，可调直流电源分别通过电源夹与阴极单元、阳极单元连接；磁场产生装置使模型箱内产生电场和磁场；通过改变可调直流电源的大小、正负极，实现模型箱内电场、磁场的改变，进而改变库水中阴阳离子的运动，加快库水的渗透和排出。

按上述方案，所述磁场产生装置包括安设在模型箱顶部的上磁铁和安设在模型箱底部的下磁铁；所述上磁铁铺满整个模型箱顶部，所述下磁铁铺满整个模型箱底部；以提供均匀稳定的磁场。

按上述方案，所述阳极单元包括平行设置的多根阳极导电丝，阳极导电丝的一端相连接，阳极导电丝的另一端均通过电源夹与可调直流电源连接；所述阴极单元包括平行设置的多根阴极导电丝，阴极导电丝的一端相连接，阴极导电丝的另一端均通过电源夹与可调直流电源连接；相邻阳极导电丝之间的间距为0.7-1.2cm；相邻阴极导电丝之间的间距为0.7-1.2cm；所述阴极单元置于滑坡模型的后缘，所述阳极单元置于滑坡模型的滑坡前部。该结构能使提供均匀稳定的电场，从而使磁场也均匀、稳定。

按上述方案，所述库水为摩尔浓度为1mol/L的NaCl溶液。

本发明还提供一种基于电磁驱动及电渗固结理论的加快水分迁移方法，包括如下步骤：

步骤一、制作滑坡模型，在滑坡模型的后缘安设阴极单元，在滑坡模型的滑坡前端安设阳极单元，在滑坡模型内安设检测仪器；将上述滑坡模型置于模型箱中，将阳极单元和阴极单元通过电源夹与可调直流电源连接；在模型箱顶部设上磁铁，在模型箱底部设下磁铁；通过模型箱底部的排水孔将库水排入模型箱中，当库水水位达到预定高度使，关闭阀门；

步骤二、接通可调直流电源，设置电压，库水在电场、电磁场作用下发生迁移，使库水向滑坡模型渗透，通过改变电压控制库水向滑坡模型的渗透速率；改变可调直流电源的正负极，库水在电场、电磁场作用下发生迁移，使库水排出模型箱，通过改变电压控制库水排出模型箱的速率。

本发明的有益效果在于：

本发明在不改变模型材料的渗透系数等参数的情况下，通过调节电压、磁场强度的大小来改变库水的渗透系数，克服模型模拟库水变动对滑坡影响的试验过程中模型渗透系数小，库水很难渗透的缺陷，改变库水的渗透率及渗透时间，以准确模拟库水升降对滑坡的影响；

本发明能有效加快库水的入渗及排除，提高滑坡模型试验效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：