多功能真空預(yù)壓固結(jié)實(shí)驗(yàn)裝置以及密閉式真空預(yù)壓實(shí)驗(yàn)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種巖土工程試驗(yàn)儀器制造技術(shù)領(lǐng)域的多功能真空預(yù)壓固結(jié)實(shí)驗(yàn)裝置。本發(fā)明還提供了采用上述多功能真空預(yù)壓固結(jié)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行密閉式真空預(yù)壓實(shí)驗(yàn)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)沿海產(chǎn)業(yè)帶的開發(fā)建設(shè)，土地需求數(shù)量持續(xù)增加，通過人工吹填海涂淤泥進(jìn)行圍海造地是解決土地資源緊缺最為有效的方法。吹填土地基是典型的超軟土地基，它具有超高含水率呈流動(dòng)狀、高壓縮性、高孔隙比、結(jié)構(gòu)性極差、強(qiáng)度和承載力極低等不利的工程特性，必須對(duì)其進(jìn)行加固處理，才能滿足相應(yīng)的房屋建筑、道路交通及廠房用地等后續(xù)工程建設(shè)的需要。目前，已產(chǎn)生了無砂墊層技術(shù)、直排式真空預(yù)壓技術(shù)、長(zhǎng)短板聯(lián)合真空預(yù)壓技術(shù)、密閉直抽分段式等工法，為真空預(yù)壓技術(shù)的大規(guī)模工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。增壓式真空預(yù)壓技術(shù)方面有專利I (CN201272966)和專利2 (CN101418566)中金亞偉等提出增壓真空預(yù)壓固結(jié)處理軟土地基/尾礦渣/湖泊淤泥裝置和增壓真空預(yù)壓固結(jié)處理軟土地基/尾礦渣/湖泊淤泥的方法，即塑料排水板間設(shè)置增壓濾管。當(dāng)常規(guī)真空預(yù)壓固結(jié)度達(dá)40%后，增壓濾管通過增壓泵壓縮空氣開始向土體輸送氣壓。土體中心正氣壓增加(壓力增至20 kPa)，土體中心與排水板壓力差增加，使真空預(yù)壓的加固效果得到明顯改善。然而，目前尚未見到相關(guān)專利對(duì)此進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，本試驗(yàn)裝置考慮到排水板變形對(duì)真空預(yù)壓加固效果的影響，故采用支架卡槽固定排水板形狀進(jìn)行真空預(yù)壓試驗(yàn)，同時(shí)又可以滿足密閉式真空預(yù)壓驗(yàn)、增壓式真空預(yù)壓、正負(fù)壓循環(huán)式真空預(yù)壓、堆載預(yù)壓等室內(nèi)實(shí)驗(yàn)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種多功能真空預(yù)壓固結(jié)實(shí)驗(yàn)裝置，該實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、可視性強(qiáng)且可適用于多種真空預(yù)壓試驗(yàn)研究。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還包括提供一種采用上述多功能真空預(yù)壓固結(jié)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行密閉式真空預(yù)壓實(shí)驗(yàn)的方法。
[0004]為達(dá)到上述發(fā)明目的，解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
多功能真空預(yù)壓固結(jié)實(shí)驗(yàn)裝置，包括真空預(yù)壓固結(jié)腔室，真空預(yù)壓固結(jié)腔室由剛性透明套筒、頂板和底座構(gòu)成，所述剛性透明套筒包括上套筒、中上套筒、中下套筒和下套筒，上套筒上端嵌入到頂板的頂板套筒槽中，下套筒的下端嵌入到底座的底座套筒槽中，所述上套筒、中上套筒、中下套筒、下套筒之間通過套筒端部設(shè)置有的成對(duì)設(shè)置的凸起和凹槽進(jìn)行卡合對(duì)接，所述頂板、上套筒、中上套筒、中下套筒、下套筒和底座依次對(duì)接之處還設(shè)置有密封裝置，所述頂板和底座的直徑大于所述預(yù)壓固結(jié)腔室的直徑，所述頂板和底座向外突出于預(yù)壓固結(jié)腔室外的外沿采用軸向夾緊構(gòu)件夾緊；頂板上開設(shè)有真空抽氣孔、大氣通氣孔、氣壓測(cè)量孔、增壓孔和沉降測(cè)量孔，所述氣壓測(cè)量孔與真空表連接，所述真空抽氣孔通過閥門與真空泵相連，所述豎向位移孔與頂板軸向滑動(dòng)密封配合，所述增壓孔通過閥門與增壓泵連接；所述真空預(yù)壓固結(jié)腔室內(nèi)豎向架設(shè)有塑料排水帶，塑料排水帶通過管道與外部的收集系統(tǒng)連接，所述真空預(yù)壓固結(jié)腔室內(nèi)配置有用于覆蓋實(shí)驗(yàn)土體上表面的高強(qiáng)預(yù)壓膜和用于測(cè)量實(shí)驗(yàn)土體沉降位移的沉降位移測(cè)量系統(tǒng)，沉降位移測(cè)量系統(tǒng)包括位移測(cè)量裝置和豎向位移刻度尺，豎向位移刻度尺豎向架設(shè)于所述真空預(yù)壓固結(jié)腔室內(nèi)，所述位移測(cè)量裝置包括相互固定的圓形盤和垂直于圓形盤的豎向桿，豎向桿上橫向設(shè)置有與豎向桿垂直的水平伸臂，所述位移測(cè)量裝置穿過頂板上開設(shè)的沉降位移測(cè)量孔，位移測(cè)量裝置上的圓形盤處于高強(qiáng)預(yù)壓膜上表面，所述水平伸臂構(gòu)件旋轉(zhuǎn)至與豎向位移刻度尺接觸的位置。
[0005]本發(fā)明還提供了采用上述多功能真空預(yù)壓固結(jié)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行密閉式真空預(yù)壓實(shí)驗(yàn)的第一種方法，包括以下步驟:
1)打開頂板，將下端排水帶固定架放于下套筒卡銷下部，并且讓排水帶固定架的卡槽對(duì)準(zhǔn)卡銷，防止排水帶固定架沿卡銷轉(zhuǎn)動(dòng)，將塑料排水帶下端固定在下端排水帶固定架上，同樣的方法將上端排水帶固定架放置在上套筒卡銷上端，將排水帶上端固定在上端排水帶固定架上，留出多余的排水帶長(zhǎng)度，將單手板接頭與排水帶頂端相連，裝入土樣，直至真空預(yù)壓固結(jié)腔室的9/10，保證單手板接頭全部埋入土中；
2)鋪好高強(qiáng)預(yù)壓膜，在儀器內(nèi)部留出足夠的冗余長(zhǎng)度，將高強(qiáng)預(yù)壓膜上的氣壓測(cè)量接口通過管路與頂板的氣壓測(cè)量孔相連，氣壓測(cè)量孔連接真空表。高強(qiáng)預(yù)壓膜的排水孔通過管路與真空抽氣孔相連，真空抽氣孔通過管路與三通接口相連，三通接口的一個(gè)分支管路通過閥門與錐形瓶相連，錐形瓶瓶塞上一孔與真空表相連，另一孔與真空泵相連，三通接口另一個(gè)分支管路通過閥門與增壓泵相連；
3)將位移測(cè)量裝置穿過頂板上開設(shè)的沉降位移測(cè)量孔，位移測(cè)量裝置上小的圓形鋼板與高強(qiáng)預(yù)壓膜上表面接觸，將水平伸臂構(gòu)件旋轉(zhuǎn)至與豎向位移刻度尺9接觸的位置；
4)將頂板與底座通過軸向夾緊構(gòu)件進(jìn)行夾緊固定；
5)頂板上增壓空通過閥門與穩(wěn)壓器相連，穩(wěn)壓器通過閥門與微型計(jì)算機(jī)相連，穩(wěn)壓器進(jìn)口與增壓泵相連；
6)保持大氣通氣孔敞開，關(guān)閉三通接口與增壓泵相連的分支管路閥門，打開與真空泵相連的分支管路閥門，開啟真空泵進(jìn)行真空預(yù)壓固結(jié)試驗(yàn)。真空壓力控制在85kPa左右。
[0006]本發(fā)明還提供了采用上述多功能真空預(yù)壓固結(jié)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行密閉式真空預(yù)壓實(shí)驗(yàn)的第二種方法，包括以下步驟:
1)打開頂板，將下端排水帶固定架放于下套筒卡銷下部，并且讓排水帶固定架的卡槽對(duì)準(zhǔn)卡銷，防止排水帶固定架沿卡銷轉(zhuǎn)動(dòng)，將塑料排水帶下端固定在下端排水帶固定架上，同樣的方法將上端排水帶固定架放置在上套筒卡銷上端，將排水帶上端固定在上端排水帶固定架上，留出多余的排水帶長(zhǎng)度，將單手板接頭與排水帶頂端相連，裝入土樣，直至真空預(yù)壓固結(jié)腔室的9/10，保證單手板接頭全部埋入土中；
2)打設(shè)一根增壓濾管，所述的增壓濾管由螺旋形彈性支撐架和濾布組成，增壓濾管前端上旋接有錐形封頭，最末節(jié)增壓濾管后端旋接有法蘭，細(xì)軟管的一端與法蘭相連，穿過氣壓測(cè)量孔與氣壓控制器相連，氣壓控制器的一側(cè)與增壓泵相連，通過氣壓控制器可以控制實(shí)驗(yàn)所需的氣壓大小，此時(shí)應(yīng)打開氣壓控制器與法蘭相連的閥門，注意應(yīng)在真空預(yù)壓后期土體沉降基本穩(wěn)定后開啟增壓系統(tǒng)；然后鋪好高強(qiáng)預(yù)壓膜，在儀器內(nèi)部留出足夠的冗余長(zhǎng)度，將高強(qiáng)預(yù)壓膜上的氣壓測(cè)量接口通過管路與頂板的氣壓測(cè)量孔相連，氣壓測(cè)量孔連接真空表；高強(qiáng)預(yù)壓膜的排水孔通過管路與真空抽氣孔相連，真空抽氣孔7通過管路與三通接口相連，三通接口的一個(gè)分支管路通過閥門與錐形瓶相連，錐形瓶瓶塞上一孔與真空表相連，另一孔與真空泵相連，三通接口另一個(gè)分支管路通過閥門與增壓泵相連；
3)將位移測(cè)量裝置穿過頂板上開設(shè)的沉降位移測(cè)量孔，位移測(cè)量裝置上小的圓形鋼板與高強(qiáng)預(yù)壓膜上表面接觸，將水平伸臂構(gòu)件旋轉(zhuǎn)至與豎向位移刻度尺接觸的位置；
4)將頂板與底座通過軸向夾緊構(gòu)件進(jìn)行夾緊固定；
5)頂板上增壓空通過閥門與穩(wěn)壓器相連，穩(wěn)壓器通過閥門與微型計(jì)算機(jī)相連，穩(wěn)壓器進(jìn)口與增壓泵相連；
6)保持大氣通氣孔敞開，關(guān)閉三通接口與增壓泵相連的分支管路閥門，打開與真空泵相連的分支管路閥門，開啟真空泵進(jìn)行真空預(yù)壓固結(jié)試驗(yàn)；真空壓力控制在85kPa左右。
[0007]本發(fā)明還提供了采用上述多功能真空預(yù)壓固結(jié)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行密閉式真空預(yù)壓實(shí)驗(yàn)的第三種方法，包括以下步驟:
1)打開頂板，將下端排水帶固定架放于下套筒卡銷下部，并且讓排水帶固定架的卡槽對(duì)準(zhǔn)卡銷，防止排水帶固定架沿卡銷轉(zhuǎn)動(dòng)，將塑料排水帶下端固定在下端排水帶固定架上，同樣的方法將上端排水帶固定架放置在上套筒卡銷上端，將排水帶上端固定在上端排水帶固定架上，留出多余的排水帶長(zhǎng)度，將單手板接頭與排水帶頂端相連，裝入土樣，直至真空預(yù)壓固結(jié)腔室的9/10，保證單手板接頭全部埋入土中；
2)鋪好高強(qiáng)預(yù)壓膜，在儀器內(nèi)部留出足夠的冗余長(zhǎng)度，將高強(qiáng)預(yù)壓膜上的氣壓測(cè)量接口通過管路與頂板的氣壓測(cè)量孔相連，氣壓測(cè)量孔連接真空表。高強(qiáng)預(yù)壓膜的排水孔通過管路與真空抽氣孔相連，真空抽氣孔通過管路與三通接口相連，三通接口的一個(gè)分支管路通過閥門與錐形瓶相連，錐形瓶瓶塞上一孔與真空表相連，另一孔與真空泵相連，三通接口另一個(gè)分支管路通過閥門與增壓泵相連；
3)將位移測(cè)量裝置穿過頂板上開設(shè)的沉降位移測(cè)量孔，位移測(cè)量裝置上小的圓形鋼板與高強(qiáng)預(yù)壓膜上表面接觸，將水平伸臂構(gòu)件旋轉(zhuǎn)至與豎向位移刻度尺接觸的位置；
4)將頂板與底座通過軸向夾緊構(gòu)件進(jìn)行夾緊固定；
5)頂板上增壓空通過閥門與穩(wěn)壓器相連，穩(wěn)壓器通過閥門與微型計(jì)算機(jī)相連，穩(wěn)壓器進(jìn)口與增壓泵相連；
6)用密封螺栓堵住大氣通氣孔，保持大氣通氣孔密封，關(guān)閉三通接口與增壓泵相連的分支管路閥門，打開三通接口與錐形瓶相連的分支管路閥門，打開與真空泵相連的分支管路閥門，開啟真空泵進(jìn)行真空預(yù)壓前期固結(jié)試驗(yàn)；待土體固結(jié)度達(dá)到40%后，關(guān)閉與真空泵相連的分支管路閥門，且關(guān)閉真空泵，同時(shí)開啟與增壓泵相連的分支管路閥門，打開增壓泵，將氣壓控制在20MPa左右，進(jìn)行正壓式真空預(yù)壓，以沖開排水帶表面的泥皮，緩解排水帶的淤堵和涂抹效應(yīng)。一段時(shí)間后，關(guān)閉與增壓泵相連的分支管路閥門，關(guān)閉增壓泵，隨即打開與真空泵相連的分支管路閥門，且打開真空泵，將真空壓力控制在85kPa左右，進(jìn)行反壓式真空預(yù)壓，如此往復(fù)循環(huán)，直至土體固結(jié)度達(dá)到95%