[发明专利]一种真空-电渗-高压联合加固软黏土的室内模型试验装置和方法

说明书

本发明公开了一种真空‑电渗‑高压联合加固软黏土的室内模型试验装置和方法，其中真空‑电渗‑高压联合加固软黏土的室内模型试验装置包括模型箱、真空排水系统、电渗系统和高压充气系统，所述模型箱由圆柱形桶体、模型箱盖、多重高压保护系统组成；所述真空排水系统包括插入土体的竖向排水体、砂垫层、排水管路、汽水分离瓶、油汽分离瓶及真空泵；所述电渗系统包括电极、导线和直流电源；所述高压充气系统包括高压充气泵、充气管及充气帽。通过本发明的装置可以对软黏土试样开展真空‑电渗‑高压联合加固或单独作用的室内模型试验，能够提高膜内外压力差，同时对高压环境采取多重保护措施，使软黏土均匀快速排水固结。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，特别是一种真空-电渗-高压联合加固软黏土的室内模型试验装置和方法，用于加快软黏土地基的排水固结。

背景技术

土地作为一种宝贵的有限资源，为城乡环境的调节、净化、循环和缓冲等提供生态服务功能，人类必须充分、合理的开发和利用每一寸土地。在开发利用土地的过程中不可避免的会遇到软黏土地基地质条件，软黏土多分布于沿海、河流中下游或湖泊附近地区，具有天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、渗透性小等特点。近年来，吹填工程和疏浚工程日渐增多，相比天然沉积的软黏土，含水量更高、强度更低，表现出更强的欠固结特性和可压缩特性。在开发和利用软黏土地基的过程中面临不少困难和挑战。

排水固结法是软黏土地基常用的处理方法，包括真空预压法、堆载预压法、电渗法等。真空预压法是通过膜内外形成的气压差，使土体产生固结压力，现有的研究所产生的膜内外压力差无法超过标准大气压约为100kPa，这使得真空预压法排水固结速率受限于软黏土的渗透系数，加固时间较长，对地基承载力提高有限，往往仅能形成一层硬壳层。堆载预压法存在堆载材料不足以及易导致软黏土地基失稳等问题，电渗法则存在汇聚在阴极处的水不易收集等问题，现有的软黏土地基处理方法难以获得理想的加固效果。

发明内容

发明目的：提供一种真空-电渗-高压联合加固软黏土的室内模型试验装置和方法，通过提高膜内外压力差，加速软黏土的排水固结，解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种真空-电渗-高压联合加固软黏土的室内模型试验装置，包括：

桶体，具有一用于盛装软黏土的收容腔和一开放端口，桶体侧壁开有电源线出口和排水通孔；

箱盖，与桶体适配，用于密封所述开放端口，箱盖上设置有安全阀、排气阀和充气帽，箱盖与桶体之间设置有密封胶圈；

充气单元，包括充气泵，所述充气泵通过充气管延伸至箱盖内侧，并与空气帽连通；

电渗单元，包括位于桶体两侧的电极，与所述电极连接并穿过电源线出口延伸至桶体外侧的导线，以及与导线连接的电源；

排水单元，包括位于桶体内侧的排水管，排水管的一端在桶体内沿水平方向延伸，另一端延伸至排水通孔，通过连接管与所述排水管连接的汽水分离瓶，与所述汽水分离瓶连通的油汽分离瓶，以及与所述油汽分离瓶连通的真空泵；

所述软黏土层上方设置有砂垫层，所述排水管位于所述砂垫层中，所述砂垫层的上方铺设一层真空密封膜，所述真空密封膜的端部压紧于箱盖与桶体之间。

在进一步的实施例中，所述箱盖与桶体之间螺接固定。

在进一步的实施例中，所述箱盖的侧部设置有安全窗。

在进一步的实施例中，所述限压阀位于盖体内侧的部分安装有防堵罩，所述防堵罩设置有若干通孔，外周或内周设置有覆盖所述通孔的滤布。

在进一步的实施例中，所述充气帽上设置有若干充气孔。

在进一步的实施例中，所述电源线出口与排水管出口上设置有密封用的橡胶塞。

在进一步的实施例中，所述排水管上设置有若干透水孔。