[发明专利]一维竖向吹填土颗粒浓度测试装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明是关于岩土工程研究领域，特别涉及一种一维竖向吹填土颗粒浓度测试装置及测试方法。

背景技术

随着经济的发展和城市建设的不断推进，人们对于土地资源的需求越来越高，土地资源紧张的问题日益突出。我国现有海涂资源约217万余公顷，涉及12个省、市、自治区。目前，通过围垦工程每年新增的建设用地约占全国每年新增建设用地总面积的3-4％，占沿海省(区、市)每年新增建设用地面积的13-15％。海洋围垦缓解了我国沿海城市土地资源紧张，拓展了生存及生产空间，为我国海洋战略和“一带一路”战略提供可贵的土地资源保障，对国民经济发展起到了至关重要的作用。现阶段，我国如浙江等大部分地区以吹填淤泥质土为主。吹填淤泥质土因未经固结、含水量极高，所以呈流动、悬浮状态，基本不具有强度。

近些年来，随着我国经济的高速发展和基础设施的大规模建设，土地资源越来越紧张，吹填土地基漫长的固结过程大大制约了工程的进度，而且目前的工程实践表明，对于我国围海造地高含水量吹填淤泥质土而言，传统排水固结法地基处理效果极差，无法满足工程建设对于地基强度及变形的要求，导致工程事故频频发生。

究其原因，主要就是因为吹填土的高含水量。虽然颗粒沉积固结理论经过几十年的发展已经较为成熟，却仍旧无法准确描述海涂吹填淤泥沉积以及固结的行为，不能准确地预测吹填淤泥的沉降。因此研究吹填土颗粒的沉积固结对于社会效益与经济利益都有极大的好处。

目前尚没有可以进行一维竖向吹填土颗粒浓度测试的装置与测试方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种一维竖向吹填土颗粒浓度测试装置及测试方法。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种一维竖向颗粒沉降监测装置，包括用于装填土样的沉降柱；该装置还包括支撑系统、测量系统和监测系统；

所述支撑系统包括底座，底座上安装驱动电机和竖向的支撑钢板，支撑钢板上设置竖向导轨和竖向的导螺杆，驱动电机输出轴与导螺杆之间通过齿轮啮合方式实现连接；一根横向设置的测量悬臂通过竖向导轨和导螺杆装设在支撑钢板上，驱动电机能通过导螺杆带动测量悬臂沿着竖向导轨上下移动；

所述测量系统包括分别装在测量悬臂两端的X射线发射装置和X射线接收装置，沉降柱竖向放置于两者之间；

所述监测系统包括数据采集装置和计算机；所述X射线发射装置和驱动电机分别通过信号线连接计算机，X射线接收装置通过信号线依次连接数据采集装置和计算机。

本发明中，所述X射线发射装置由X射线电子发射管、X射线聚焦器以及瞄准器组成，瞄准器是中间设缝隙的铅板，能让X射线通过；所述X射线接收装置由X射线检测器以及过滤铅板组成，过滤铅板中心设横向缝隙；所述沉降柱位于瞄准器与过滤铅板之间的连线上。

本发明中，所述沉降柱为顶部开口的圆柱桶状结构，其侧壁的底部设排水口；沉降柱的侧壁设有多个呈竖向分布的孔压传感器，孔压传感器通过信号线依次连接数据采集装置和计算机。

本发明中，所述沉降柱的底端连接一个样本室，样本室中封装有标定样本。

本发明中，所述竖向导轨和沉降柱的侧壁分别设有刻度尺。

本发明中，所述沉降柱由多段管件组装而成，相连的管件之间通过法兰面和螺栓实现连接。

本发明进一步提供了利用前述一维竖向颗粒沉降监测装置进行吹填土颗粒浓度测试的方法，包括下述步骤：

(1)制备标样

取滨海吹填淤泥的原状土，烘干后灼烧除去有机质，筛分后得到指定粒径的均匀土样；然后以不同设定比例加入水中并掺混均匀，制备成不同的标定样；分别记录其颗粒浓度后，按标定需要把标定样装填到沉降柱底部的样本室中；

(2)仪器的校准与标定

在竖向导轨与沉降柱上使用相同的刻度尺，调整样本室下方垫块的高度使两个刻度尺的零刻度线齐平；调整测量悬臂为水平，并使瞄准器的中心与过滤铅板的中心相对齐；

启动X射线电子发射管使X射线穿透标定样，记录X射线检测器接收到的射线量；针对不同的标定样重复试验，获得X射线透射率与颗粒浓度之间的关系曲线；

(3)土样颗粒浓度以及孔压测量

制备待测土样：取滨海吹填淤泥的原状土，充分搅拌后使其组分分布均匀，测得相应的流变参数以供后续实验使用，然后尽快倒入沉降柱中进行后续试验；