一种用于软土化学电渗加固试验中的化学灌浆装置及试验方法

摘要

本发明公开了一种用于软土化学电渗加固试验中的化学灌浆装置，包括试验箱，底部设有带孔滤板和出水口，出水口下方设有集水装置，内侧壁设有电极片与直流电源连接，外部设有浆液循环池连接有注浆管和注浆泵；所述带孔滤板的上设有温控管与温控装置连接；集水装置内设有水位检测装置，试验箱内设有孔压检测装置，外侧底部设有重量检测装置；所述温控装置、水位检测装置、孔压检测装置及重量检测装置均通过数据采集器连接测控系统；还公开了采用上述化学灌浆装置进行软土化学电渗加固的试验方法。本装置可对软土化学电渗过程的主要参数进行采集和控制，可用于不同化学灌浆材料下软土电渗规律的研究，有效缩短电渗时间、降低电渗能耗、增强电渗效果。

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程电渗试验技术领域，尤其是涉及一种用于软土化学电渗加固试验中的化学灌浆装置及试验方法。

背景技术

电渗法与化学灌浆的联合使用，使电渗加固的应用更具研究价值。为缩短电渗时间，增加试验后土体强度，在土中注入化学浆液，伴随电渗作用，使土体强度不仅来源于电渗排水固结作用，还可通过注入浆液促进离子交换及胶结硬化，生成凝胶物质，填充土壤孔隙，胶结黏土颗粒，从而达到提升土体强度的目的。

目前化学注浆的研究仅局限在无机注浆材料，且注浆材料种类繁多。不同的注浆材料下电渗效果是不一样的，在工程中使用必定会使解决方法缺少说服力，故对化学电渗的研究具有重要意义。为了完善化学电渗的科学严密性，方便化学电渗试验的进行，亟需一种用于软土化学电渗加固试验中的化学灌浆装置。

发明内容

发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明第一目的是公开一种用于软土化学电渗加固试验中的化学灌浆装置；第二目的是公开采用上述装置进行软土化学电渗加固化学灌浆的试验方法。

技术方案：本发明的用于软土化学电渗加固试验中的化学灌浆装置，包括试验箱，所述试验箱的底部设有带孔滤板和出水口，所述带孔滤板上方放置土样，所述出水口下方设有集水装置，所述试验箱的内侧壁设有电极片，并与直流电源连接，所述试验箱外部设有浆液循环池，所述浆液循环池上连接有注浆管和注浆泵，通过注浆泵将浆液循环池内浆液注入土样内；

所述带孔滤板的上部铺设温控管与温控装置连接；

所述集水装置内设有水位检测装置；

所述试验箱内设有孔压检测装置；

所述试验箱外侧底部设有重量检测装置；

本试验装置还包括数据采集器和测控系统，所述温控装置、水位检测装置、孔压检测装置及重量检测装置均通过数据采集器连接测控系统。

进一步的，所述注浆管两端均连接浆液循环池，其管体在试验箱内多方向延伸布设，且管体表面贯穿开设出浆孔。

进一步的，所述注浆管为U型管，由浆液循环池的底部一端插入，经内部延伸后由同侧的上部伸出，两端均与浆液循环池连通。

进一步的，所述浆液循环池上方设有加液管及加液装置。

进一步的，所述温控装置包括加热器和温度传感器。

进一步的，所述水位检测装置为液位传感器；所述孔压检测装置为压力传感器；所述重量检测装置为应变片。

进一步的，所述电极片通过夹持机构固定，所述夹持机构包括夹套，所述两侧开设竖向槽，并在竖向槽内设有滑杆，所述滑杆上滑动设有两个滑动铰接座，位于同一滑杆上的两个滑动铰接座共同铰接安装有定位弹片，所述滑杆两端设有弹簧，分别与滑动铰接座连接，所述夹套上的两个定位弹片连对凸起，对电极片形成弹性夹持。

进一步的，所述试验箱上设有带孔盖板，所述试验箱一侧的顶部贯穿开设有与带孔盖板相匹配的滑槽，且与滑槽相对的一侧内壁开设有与带孔盖板端部匹配的定位插槽，所述带孔盖板远离定位插槽的一端安装有拉环。

其中，所述带孔盖板贯穿开设有穿线孔。

采用上述化学灌浆装置进行软土化学电渗加固的试验方法，包括以下步骤：

S1、向试验箱内部加入土样，通过注浆泵和注浆管向试验箱内注浆；

S2、通过温控装置和温控管对模型试验箱内部的温度进行调控；

S3、直流电源通过电极片向试验箱内部的土样进行供电，在直流电的作用下，浆液的注入促进离子交换及胶结硬化，生成凝胶物质，填充土体孔隙，胶结黏土颗粒，提升土体的强度；

S4、通过出水口和集水装置收集土样中排出的水，通过水位检测装置检测集水装置中的水量；

S5、通过测控系统获取温控装置、水位检测装置、孔压检测装置及重量检测装置的相关数值参数。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：可对软土化学电渗过程的主要参数进行采集和控制，可用于不同化学灌浆材料下软土电渗规律的研究，有效缩短电渗时间、降低电渗能耗、增强电渗效果，且操作方便快捷，能够快速筛选出合适的化学灌浆材料，为现场试验提供依据。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明俯视结构图；

图3为本发明夹持机构结构示意图；

图4为本发明夹持机构内部剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

如图1-2所示的用于软土化学电渗加固试验中的化学灌浆装置，包括试验箱1，所述试验箱1上设有带孔盖板20，所述带孔盖板20贯穿开设有穿线孔21，试验箱1一侧的顶部贯穿开设有与带孔盖板20相匹配的滑槽，且与滑槽相对的一侧内壁开设有与带孔盖板20端部匹配的定位插槽，带孔盖板20远离定位插槽的一端安装有拉环。通过拉环可将带孔盖板20开启和关闭。

试验箱1的内底部安装有带孔滤板2，带孔滤板2均匀贯穿设有渗漏孔，试验箱1的底板上安装有出水口3，出水口3的下侧设有集水装置4，集水装置4内设有水位检测装置12，水位检测装置12为液位传感器，用于检测集水装置4中的水量。

试验箱1的内部设有孔压检测装置13，孔压检测装置13为压力传感器，用于检测土壤内的压力值。

试验箱1的下侧设有重量检测装置14，重量检测装置14为安装在试验箱1底部外侧壁上的应变片，可用于获取试验箱1内部软土试样的重量。

重量检测装置14、水位检测装置12与孔压检测装置13均通过数据采集器15与测控系统16电连接。

通过测控系统14可获取液位传感器、压力传感器和应变片的相关数值参数。

试验箱1位于带孔滤板2上部的空间内放置有软土试样，试验箱1的内侧壁上通过夹持机构19安装有电极片5，电极片5与直流电源6电连接。

试验箱1的外部设有浆液循环池7，浆液循环池7的上部设有加液管17，加液管17的上部设有加液装置18，浆液循环池7通过注浆泵9与注浆管8连接，注浆管8延伸至试验箱1内部的土壤内，且其表面开设有出浆孔。

所述注浆管8两端均连接浆液循环池7，其管体在试验箱1内多方向延伸布设，本实施例中所述注浆管8为U型透明玻璃管，由浆液循环池7的底部一端插入，经内部延伸后由同侧的上部伸出，两端均与浆液循环池7连通。

带孔滤板2的上部铺设有温控管10，温控管10与温控装置11连接，且温控装置11位于试验箱1的外侧。温控装置11包括加热器和温度传感器，可调节温控管10对试验箱1内部的温度进行调控。

测控系统16的信号输入端与温控装置11、重量检测装置14、孔压检测装置13和水位检测装置12的信号输出端相连接。

试验箱1由透明有机玻璃板制成，带孔盖板20为透明玻璃制成。

集水装置4和加液装置18均为带有刻度的量筒，可通过量筒上的数值直接获知排水量，以及浆液的加入量。

如图3-4所示，所述夹持机构19包括与试验箱1的内部固定的夹套1901，电极片5插设在夹套1901内，夹套1901的内部两侧均开设有竖向槽，且竖向槽内均安装有滑杆1902，滑杆1902上滑动安装有两个滑动铰接座1903，位于同一个滑杆1902上的两个滑动铰接座1903共同铰接安装有定位弹片1904，所述滑杆1902两端设有弹簧1905，分别与滑动铰接座1903连接，所述夹套1901上的两个定位弹片1904连对凸起，对电极片5形成弹性夹持。定位弹片1904可适用高弹性的金属片或橡胶片，滑杆1902、铰接座1903均为均匀材质。夹套1901并不会将电极片5完全进行包裹，确保电极片5的正常检测使用。

本发明的工作原理：

直流电源6通过电极片5向试验箱1内部的土壤进行供电，装置通过注浆管8能够持续稳定的高效注浆，在电流作用下，注入的浆液可促进离子交换及胶结硬化，生成凝胶物质，填充土壤孔隙，胶结黏土颗粒，从而达到提升土体强度的目的，同时排出软土试样中的水。

注浆泵9提供恒定的压力将化学浆液输送到注浆管8，注浆管8上开设有出浆孔，有效扩大了注浆的范围且能够实现均匀注浆，从而使达到更好的加固效果。

只需更换浆液循环池7中的化学浆液，即可实现不同化学灌浆材料下软土化学电渗规律的研究。因此本发明提高了注浆的效率，有效地缩短电渗时间、降低电渗能耗，且操作方便快捷，能够更好的进行化学电渗试验研究。

采用上述化学灌浆装置进行软土化学电渗加固的试验方法，包括如下步骤：

S1、向试验箱1内部加入土样，通过注浆泵9和注浆管8向试验箱1内注浆；

S2、通过温控装置11和温控管10对模型试验箱1内部的温度进行调控；

S3、直流电源6通过电极片5向试验箱1内部的土样进行供电，在直流电的作用下，浆液的注入促进离子交换及胶结硬化，生成凝胶物质，填充土体孔隙，胶结黏土颗粒，提升土体的强度；

S4、通过出水口3和集水装置4收集土样中排出的水，通过水位检测装置12检测集水装置4中的水量；

S5、通过测控系统16获取温控装置11、水位检测装置12、孔压检测装置13及重量检测装置14的相关数值参数。