[发明专利]一种浆液固结体积收缩率测试装置及测试方法

权利要求书

1.一种浆液固结体积收缩率测试装置，其特征在于，包括试验桶上段(1)、试验桶中段(2)、试验桶下段(3)，所述的试验桶上段(1)、试验桶中段(2)、试验桶下段(3)上下顺序连接，所述的试验桶上段(1)内放置脱气水(19)与上部土层(5)，所述的脱气水(19)在上，上部土层(5)在下，所述的脱气水(19)与上部土层(5)之间通过承压板(4)间隔，所述的试验桶中段(2)内放置浆液(6)，所述的试验桶下段(3)内放置下部土层(7)，浆液(6)与上部土层(5)及下部土层(7)之间分别通过弹性透水滤膜隔开，所述的上部土层(5)、下部土层(7)各自均外接有进水管与排水管(8)，所述的脱气水(19)分别外接有加压管进水管(14)、高压空气进气管(18)及排水管(8)；

还包括水箱(15)及高压空气泵(20)，所述的上部土层(5)与水箱(15)之间连接有上部土层进水管(9)，所述的下部土层(7)与水箱(15)之间连接有下部土层进水管(10)，所述的加压管进水管(14)一端连接在水箱(15)上，另一端与高压空气进气管(18)相接，所述的高压空气进气管(18)一端连接到试验桶上段(1)内用于注入脱气水(19)，另一端与高压空气泵(20)连接，所述的水箱(15)与高压空气泵(20)之间通过水箱高压空气进气管(17)连接，所述的水箱(15)还外接脱气水进水管(16)；

所述的上部土层进水管(9)、下部土层进水管(10)、加压管进水管(14)上均设有进水调压阀门(11)、水压表(12)及液体自动流量计(13)；

所述的水箱高压空气进气管(17)上设有水箱高压空气压力表(171)、水箱高压空气调压阀(172)；

所述的高压空气进气管(18)与试验桶上段(1)相连的一端设有带刻度支管(181)，所述的带刻度支管(181)并联在高压空气进气管(18)上，所述的高压空气进气管(18)上还设有高压空气压力表(182)与高压空气调压阀(183)；

所述的上部土层(5)内设有土压力计(21)与孔隙水压力计(22)，所述的下部土层(7)内设有土压力计(21)与孔隙水压力计(22)。

2.根据权利要求1所述的一种浆液固结体积收缩率测试装置，其特征在于，所述的脱气水进水管(16)上设有脱气水进水阀(161)。

3.根据权利要求1所述的一种浆液固结体积收缩率测试装置，其特征在于，所述的排水管(8)上设有排水阀门(81)与排水滤网(82)。

4.根据权利要求1所述的一种浆液固结体积收缩率测试装置，其特征在于，所述的上部土层(5)与承压板(4)之间设有上部土层上覆土工布(51)，所述的浆液(6)与上部土层(5)之间设有浆液上覆弹性透水滤膜(61)，所述的浆液(6)与下部土层(7)之间设有浆液底部弹性透水滤膜(62)，所述的下部土层(7)下侧依次设有下部土层底部土工布(71)与底板(72)，所述的承压板(4)与试验桶上段(1)之间设置有两道密封防水圈(41)。

5.一种浆液固结体积收缩率测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：浆液固结体积收缩率测试装置的组装：

将试验桶上段(1)、试验桶中段(2)、试验桶下段(3)上下顺序连接，试验桶中段(2)与试验桶上段(1)之间设置浆液上覆弹性透水滤膜(61)，试验桶中段(2)与试验桶下段(3)之间设置浆液底部弹性透水滤膜(62)，浆液(6)放置在试验桶中部(2)，上部土层(5)放置在试验桶上段(1)内，上部土层(5)上设置上部土层上覆土工布(51)与承压板(4)，下部土层(7)放置在试验桶下段(3)内，下部土层(7)下侧依次设置下部土层底部土工布(71)与底板(72)，上部土层(5)与水箱(15)之间连接上部土层进水管(9)，下部土层(7)与水箱(15)之间连接下部土层进水管(10)，高压空气进气管(18)一端连接到试验桶上段(1)内用于注入脱气水(19)，另一端与高压空气泵(20)连接，将加压管进水管(14)一端连接在水箱(15)上，另一端与高压空气进气管(18)相接，水箱(15)与高压空气泵(20)之间通过水箱高压空气进气管(17)连接，水箱(15)还外接脱气水进水管(16)，上部土层(5)、下部土层(7)内均设置土压力计(21)与孔隙水压力计(22)，上部土层(5)、下部土层(7)各自均外接有进水管与排水管(8)，上部土层进水管(9)与下部土层进水管(10)上均设置进水调压阀门(11)、水压表(12)及液体自动流量计(13)，脱气水进水管(16)上设置脱气水进水阀(161)，水箱高压空气进气管(17)上设置水箱高压空气压力表(171)、水箱高压空气调压阀(172)，在高压空气进气管(18)上设置带刻度支管(181)、高压空气压力表(182)与高压空气调压阀(183)，在排水管(8)上设置排水阀门(81)与排水滤网(82)；

步骤2：向水箱(15)内注入脱气水至2/3高度处，保持上部土层(5)、下部土层(7)密度与现场实际密度相同；

步骤3：打开加压管进水管(14)上的阀门，向试验桶上段(1)内承压板(4)的上方注入脱气水(19)，通过与脱气水(19)相连的排水管(8)上排水阀门(81)调节水位到带刻度支管(181)的2/3处，然后关闭加压管进水管(14)上的阀门，打开高压空气调压阀(183)，使得空气压力等于现场测试位置地层总压力；

步骤4：调节水箱高压空气进气管(17)上的水箱高压空气调压阀(172)，使得水箱(17)内空气压力高于现场测试位置的地层孔隙水压力，打开上部土层进水管(9)和下部土层进水管(10)上进水调压阀门(11)，水箱(15)内的脱气水向上部土层(5)、下部土层(7)充水，并使得上部土层(5)、下部土层(7)孔隙水压力与现场测试位置孔隙水压力相等；

步骤5：当与上部土层(5)或下部土层(7)相连的排水管(8)内不再有气泡排出，水流稳定排出后，关闭排水阀门(81)，记录下水箱(15)和带刻度支管(181)内此时的水位高度；

步骤6：在浆液的固结过程中，每隔一定时间，记录一次水箱(15)、带刻度支管(181)内的水位高度和上部土层进水管(9)、下部土层进水管(10)上的液体自动流量计(13)读数、土压力计(21)和孔隙水压力计(22)读数；

步骤7：计算总体积收缩量、硬化体积收缩量和浆液渗入土层水量，浆液固结导致的总体积收缩通过读取带刻度支管(181)水位的降低值与试验桶的截面积乘积计算，浆液(6)分别渗入上部土层(5)、下部土层(7)的水量通过液体自动流量计(13)读出，渗入上部土层(5)、下部土层(7)的总水量通过水箱(15)内水位的增加值与水箱(15)的截面积乘积计算得出，浆液硬化导致的体积收缩量为总体积收缩减去渗入土层水量。