專利名稱：：電化學(xué)成樁法加固軟土模型試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及軟土地基加固領(lǐng)域，更具體涉及一種電化學(xué)成樁法加固軟土模型試驗裝置，適用于電化學(xué)成樁法加固軟土模型試驗。
背景技術(shù)：
：我國有漫長的海岸線，沿海一帶分布有豐富的海相沉積軟土；我國還有眾多的江、河、湖相沉積軟土。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，在這些軟土上不可避免地要興建一定的巖土工程。而這些軟土強度低，壓縮性高，遠遠不符合工程的需要，必須予以適當(dāng)加固，方可使用。軟土加固的方法較多，但不同的加固方法各有其特點和適用范圍。常見的利用膠結(jié)特性來加固軟土的技術(shù)有水泥深層攪拌樁、高壓旋噴樁等，粉噴樁和深層攪拌樁依靠人為添入的一定比例的水泥、石灰，經(jīng)強制攪拌與土充分混合來形成膠結(jié)，達到加固軟土地基的目的，它需要大型的機械設(shè)備，耗費大量的建筑材料，而電化學(xué)成樁法加固軟土是將金屬電極插入軟土中，再施以直流電，使金屬在土中發(fā)生一系列的電化學(xué)和化學(xué)反應(yīng)，而變成膠結(jié)物，在金屬電極周圍形成樁，即人為地創(chuàng)造膠結(jié)條件，使軟土加固。電化學(xué)成樁法完全不需要水泥和砂石，因此，在施工中對環(huán)境無粉塵污染。它不需要笨重的施工機械，施工也很靈活，亦無噪音。因此，該加固軟土的方法應(yīng)具有很大的生命力，但遺憾的是此方法并未被實際工程所使用，究其原因可能為①對本方法的加固機理缺乏一定的研究，其加固的有效性、持續(xù)性尚未被工程技術(shù)人員所認識；②對不同類型的軟土的加固工藝、施工控制方法與措施缺乏研究，尚未形成成套的加固技術(shù)。隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展，電力的應(yīng)用范圍將更加廣泛，費用將更加低廉，低能耗、潔凈的電化學(xué)成樁法的加固費用將更低，其優(yōu)越性將凸現(xiàn)出來，將顯示更強大的生命力?？傊?，電化學(xué)成樁法是一種無污染的環(huán)保型的地基處理方法，具有非常廣闊的應(yīng)用前景，應(yīng)該大力予以研究和開發(fā)
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種電化學(xué)成樁法加固軟土模型試驗裝置，該裝置可以模擬電化學(xué)成樁法的物理過程，控制地下水位，模擬現(xiàn)場工作條件。該模型試驗裝置結(jié)構(gòu)合理、簡單，操作方便，能用于開展電化學(xué)成樁法加固軟土的模型試驗。為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施電化學(xué)成樁法是一種全新的軟土地基處理技術(shù)，該技術(shù)利用插入軟土中的金屬電極在直流電的作用下發(fā)生電解、水解、氧化、脫水等一系列的反應(yīng)，最后將土顆粒膠結(jié)起來，在金屬電極周圍形成具有較高強度的土體，即樁，該樁與周圍的土體共同組成復(fù)合地基，從而有效地提高土的承載力和抗變形能力。電化學(xué)成樁技術(shù)是新近提出的，僅在中科院武漢巖土力學(xué)研究所進行過少量室內(nèi)研究和小范圍的現(xiàn)場試驗，但還遠遠不夠深入。為全面推動軟土地基處理的電化學(xué)樁加固法的應(yīng)用，有必要開展系統(tǒng)的試驗研究，以探討電化學(xué)成樁法的加固機理、工藝及施工控制方法與措施，而目前尚無用于電化學(xué)成樁法加固軟土模型試驗的專用裝置，需要研發(fā)相應(yīng)的試驗裝置。本發(fā)明將填補此方面的空白。該電化學(xué)成樁法加固軟土模型試驗裝置由金屬電極、大功率穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源、電流表、電纜線、土樣箱、多孔透水板、水閥、排氣閥、水管、馬氏瓶、土樣和純水等部分構(gòu)成。金屬電極采用細鐵棒，直徑24mm;大功率穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源采用DCP30000大功率穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源，DCP30000大功率穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源輸出電流范圍0.1200安培，輸出電壓范圍1150伏，具有定時自動正、負極互換功能，其時間可設(shè)定，范圍為5120分鐘；電流表釆用DCS-A電流表，電流表量程300安培，量測精度為土0.2。/。F.S，分辨率為0.1安培。土樣箱采用有機玻璃或工程塑料制作，大致為600mmX600mmX600mm的方箱，在土樣箱距離底部約100mm處水平設(shè)置一塊多孔透水板，多孔板與土樣箱四壁采用結(jié)構(gòu)膠粘劑，如環(huán)氧膠粘劑膠結(jié)；在多孔透水板下面，土樣箱兩相對的側(cè)壁分別設(shè)有水闊和排氣閥，水閥通過水管與馬氏瓶相連。土樣直接裝在土樣箱內(nèi)，其密度和含水量按現(xiàn)場實際情況控制，土樣通過多孔透水板與底部純水連通，土樣箱底部的純水通過水閥、水管與馬氏瓶相連，可以通過馬氏瓶調(diào)節(jié)水位，達到模擬現(xiàn)場水位變化的目的，土樣箱側(cè)壁下部的排氣閥，可以用于排出土樣底部與純水之間的空氣，保證土樣與純水充分連通。將412對(824根)金屬電極豎直插在土樣箱內(nèi)的土樣中，插入土樣深度約為400mm。金屬電極通過電纜線與大功率穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源相連，電流表與大功率穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源串連。大功率穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源給金屬電極施加直流電，并在試驗中定時自動互換正、負極，試驗中施加的電流由電流表實時測定。插入軟土中的金屬電極在直流電的作用下發(fā)生電解、水解、氧化、脫水等一系列的反應(yīng)，最后將土顆粒膠結(jié)起來，在金屬電極周圍形成具有較高強度的樁，該樁與周圍的土體共同組成復(fù)合地基，從而有效地提高地基的承載力和抗變形能力。本發(fā)明是一種全新的發(fā)明，具有以下優(yōu)點和效果大功率穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源具有定時自動正、負極互換功能，以保證金屬電極在直流電的作用下持續(xù)電解和正、負電極加固的均衡性；土樣通過多孔透水板與底部純水連通，土樣箱底部的純水通過水管與馬氏瓶相連，可以通過馬氏瓶調(diào)節(jié)水位，達到模擬現(xiàn)場水位變化的目的；土樣箱側(cè)壁下部的排氣閥，可以用于排出土樣底部與純水之間的空氣，保證土樣與純水充分連通；土樣箱釆用有機玻璃或工程塑料制作可以防止漏電，保證人身安全。申請者曾開展了電化學(xué)成樁法加固軟土的室內(nèi)模型試驗，共進行2組試驗。將制備好的流塑狀淤泥質(zhì)土膏，經(jīng)充分攪拌排出空氣后裝入土樣箱，并浸入水槽中使土樣處于飽和狀態(tài)。在土樣中分別插入鐵質(zhì)電極8，12根，即4，6對，插入深度28.5cm。然后將鐵質(zhì)電極與直流電源相連，施加一定量的電流，并在試驗中定時互換正、負極，試驗通電時間約1月。觀察與測試表明，隨著通電時間增長，土層表面下約3cm處至土樣底部范圍內(nèi)土體逐漸均勻變硬，最后用鋼釬都難以插入，加固效果明顯。加固前、后土的物理力學(xué)指標變化見表l。表l電化學(xué)成樁法加固軟土室內(nèi)模型試驗加固前、后土的物理力學(xué)指標<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>注明地耐力采用微型貫入儀測試確定。以上試驗表明，電化學(xué)成樁法是一種無污染、環(huán)保型的處理地基的有效方法，也說明本申請?zhí)岢龅碾娀瘜W(xué)成樁法加固軟土模型試驗裝置能提供合理的物理模擬條件和較好的、易于描述的邊界條件，能在一定條件下實現(xiàn)電化學(xué)成樁法加固軟土的過程，可用于研究電化學(xué)成樁法的加固機理與工藝及施工控制方法與措施。圖1為一種電化學(xué)成樁法加固軟土模型試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中l(wèi).金屬電極，2.大功率穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源，3.電流表，4.電纜線，5.土樣箱，6.多孔透水板，7.水閥，8.排氣閥，9.水管，IO.馬氏瓶，ll.土樣，12.純水。具體實施方式下面根據(jù)附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述根據(jù)圖1可知，該電化學(xué)成樁法加固軟土模型試驗裝置由金屬電極1，大功率穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源2，電流表3，電纜線4，土樣箱5，多孔透水板6，水閥7，排氣閥8，水管9，馬氏瓶IO，土樣ll，純水12構(gòu)成。其特征在于土樣箱5采用有機玻璃或工程塑料制作，大致為600mmX600mmX600mm的方箱，在土樣箱5距離底部約100mm處水平設(shè)置一塊多孔透水板6，多孔透水板6與土樣箱5四壁采用結(jié)構(gòu)膠粘劑牢固膠結(jié)；在多孔透水板6下面，土樣箱5兩相對的側(cè)壁分別設(shè)有水閥7和排氣閥8，水閥7通過水管9與馬氏瓶10相連。土樣11直接裝在多孔透水板6以上的土樣箱5內(nèi)，其密度和含水量按現(xiàn)場實際情況控制，土樣11通過多孔透水板6與底部純水12連通，土樣箱5底部的純水12通過水閥7、水管9與馬氏瓶10相連，可以通過馬氏瓶10調(diào)節(jié)水位，達到模擬現(xiàn)場水位變化的目的，土樣箱5側(cè)壁下部的排氣閥8，可以用于排出土樣ll底部與純水12之間的空氣，保證土樣11與純水12充分連通。將412對(824根)金屬電極1豎直插在土樣11中，插入土樣深度約為400mm。金屬電極1通過電纜線4與大功率穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源2相連，電流表3與大功率穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源2串連。大功率穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源2給金屬電極1施加直流電，大功率穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源2具有定時自動正、負極互換功能，加固過程中電流的變化由電流表3實時測定。插入軟土中的金屬電極1在直流電的作用下發(fā)生電解、水解、氧化、脫水等一系列的反應(yīng)，最后將土顆粒膠結(jié)起來，在金屬電極1周圍形成具有較高強度的樁，該樁與周圍的土體共同組成復(fù)合地基，達到地基加固的目的。權(quán)利要求1、一種電化學(xué)成樁法加固軟土模型試驗裝置，它包括金屬電極(1)，穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源(2)，土樣箱(5)，多孔透水板(6)，馬氏瓶(10)，其特征在于在土樣箱(5)底部設(shè)置多孔透水板(6)，多孔透水板(6)與土樣箱(5)四壁采用結(jié)構(gòu)膠粘劑膠結(jié)，金屬電極(1)豎直插在土樣箱(5)內(nèi)的土樣(11)中，金屬電極(1)通過電纜線(4)與穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源(2)相連，電流表(3)與穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源(2)串連。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電化學(xué)成樁法加固軟土模型試驗裝置，其特征在于土樣箱(5)側(cè)壁下部設(shè)有水閥(7)和排氣閥(8)，水閥(7)通過水管(8)與馬氏瓶(10)相連。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種電化學(xué)成樁法加固軟土模型試驗裝置，其特征在于土樣箱(5)采用有機玻璃或工程塑料制作。全文摘要本發(fā)明公開了一種電化學(xué)成樁法加固軟土模型試驗裝置，包括金屬電極，土樣箱，多孔透水板，馬氏瓶，在土樣箱底部設(shè)置多孔透水板，多孔透水板與土樣箱四壁采用結(jié)構(gòu)膠粘劑牢固膠結(jié)；金屬電極豎直插在土樣箱內(nèi)的土樣中，并通過電纜線與大功率穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源相連，電流表與大功率穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源串連，土樣箱側(cè)壁下部設(shè)有水閥和排氣閥，水閥通過水管與馬氏瓶相連。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理、簡單，操作方便，可以模擬軟土地基現(xiàn)場條件，控制地下水位，能用于電化學(xué)成樁法加固軟土模型試驗。文檔編號B01L99/00GK101144276SQ20071005263公開日2008年3月19日申請日期2007年7月5日優(yōu)先權(quán)日2007年7月5日發(fā)明者程昌炳,陳善雄申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所