一种电渗联合气压劈裂装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电渗联合气压劈裂装置。本装置在电渗装置的基础上，将阳极与外接气压源相连，并在阳极底部的1/2以内打设喷气孔，由此阳极同时作为喷气管，阴极进入待处理软粘土部分设有排水孔，由此阴极同时作为排水管。本装置电极采用平行错位布置形式。本工艺是在电渗进行12～30小时后通过阳极向软粘土中喷气，气压控制在250kPa～400kPa，持续时间为10～20分钟，之后每四小时重复喷射一次高压气。本实用新型的有益效果：1）相同时间处理等体积同一批软粘土，电渗联合气压劈裂技术比单纯电渗技术排水量、土的抗剪强度都增加10~16%；2）电渗联合气压劈裂技术比单纯电渗技术更利于深部土体的排水固结。
【专利说明】一种电渗联合气压劈裂装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及软土地基处理的一种电渗联合气压劈裂装置。
【背景技术】
[0002]电渗法是通过在插入土体中的电极上施加电场来加速排水固结的一种地基处理方法。在电场的作用下，土体中的水从阳极流向阴极，并在阴极排出。电渗法由于其排水速率与土的水力渗透系数无关，而与其电渗渗透系数有关，因而对于处理淤泥、吹填土等含水量高、水力渗透系数低的土有较好的适用性，近年来受到重视。然而，电渗法能耗高、经济效益差、对深层土体处理效果欠佳，这些缺点限制了电渗法的进一步发展。
[0003]气压劈裂是指岩土体在高压气体作用下产生裂隙并发展的过程。早在20世纪80年代，在环境工程中就已采用气压劈裂技术在岩土体中形成裂隙，增加流体的流动通道，提高低渗透性土体的渗透性能。
[0004]将电渗与劈裂相结合，主要是考虑到两方面:1.前期试验表明，电渗过程中土体会产生大量裂缝，裂缝可分为有效裂缝和有害裂缝，连接阴阳极的裂缝有助于排水，为有效裂缝，横断阴阳极的裂缝阻断了电场，不利于电渗，为有害裂缝。如果能利用气压劈裂使土体定向地产生有效裂缝，可有效地提高电渗效率。2.利用劈裂技术可提高对深层土的处理效果，这是由于一方面可利用气压劈裂对深层土体施加围压，增大超静孔压，另一方面，气压劈裂造成的裂缝可为超静孔压的快速消散提供通道，有助于排水。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种电渗联合气压劈裂装置。
[0006]电渗联合气压劈裂装置包括模型箱、稳压电源、导线、多个阳极、多个阴极、阳极固定装置、外接气压源、气管、气管接头、上覆砂、待处理软粘土、接水容器；阳极和阴极以平行错位方式布置，模型箱上端纵向设有阳极固定装置，多个阳极固定在阳极固定装置上，模型箱底部阳极固定装置两侧设有两排阴极固定及排水螺纹孔，阴极固定及排水螺纹孔上设有阴极固定及排水管，阴极固定及排水管端部设有与阴极固定及排水螺纹孔相配合的外螺纹，多个阴极插入阴极固定及排水管，模型箱内下部填充待处理软粘土，模型箱内上部填充上覆砂，阳极进入待处理软粘土底部的1/2以内设有喷气孔，每个喷气孔正对一个阴极，阴极进入待处理软粘土处设有排水孔，多个阳极通过导线与稳压电源正极相连，多个阳极通过气管、气管接头与外接气压源相连，多个阴极通过导线与稳压电源负极相连，多个阴极下方设有接水容器。
[0007]所述的阳极、阴极为金属管。所述的阴极采用的金属管内套土工滤膜。
[0008]本实用新型与现有技术相比具有有益效果:
[0009]I)相同时间处理等体积同一批软粘土，电渗联合气压劈裂技术比单纯电渗技术排水量、土的抗剪强度都增加10-16% ；
[0010]2)电渗联合气压劈裂技术比单纯电渗技术更利于深部土体的排水固结。【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是电渗联合气压劈裂装置结构示意图；
[0012]图2是本实用新型的阳极、阴极布置平面图，实心圆代表阳极，空心圆代表阴极；
[0013]图3是电渗一堆载试验、电渗一堆载联合气压劈裂试验总排水量累计曲线；
[0014]图中，模型箱1、稳压电源2、导线3、阳极4、阴极5、阳极固定装置6、外接气压源7、气管8、气管接头9、上覆砂10、待处理软粘土 11、接水容器12。
【具体实施方式】
[0015]如图1所示，电渗联合气压劈裂装置包括模型箱1、稳压电源2、导线3、多个阳极
4、多个阴极5、阳极固定装置6、外接气压源7、气管8、气管接头9、上覆砂10、待处理软粘土
11、接水容器12 ;多个阳极4和多个阴极5以平行错位方式布置，模型箱I上端纵向设有阳极固定装置6，多个阳极4固定在阳极固定装置6上，模型箱I底部阳极固定装置6两侧设有两排阴极固定及排水螺纹孔，阴极固定及排水螺纹孔上设有阴极固定及排水管，阴极固定及排水管端部设有与阴极固定及排水螺纹孔相配合的外螺纹，多个阴极5插入阴极固定及排水管，模型箱I内下部填充待处理软粘土 11，模型箱I内上部填充上覆砂10，阳极4进入待处理软粘土 11底部的1/2以内设有个喷气孔，每个喷气孔正对一个阴极5，阴极5进入待处理软粘土 11处设有排水孔，多个阳极4通过导线3与稳压电源2正极相连，多个阳极4通过气管8、气管接头9与外接气压源7相连，多个阴极5通过导线3与稳压电源2负极相连，多个阴极5下方设有接水容器12。
[0016]所述的阳极4、阴极5为金属管。所述的阴极5采用的金属管内套土工滤膜。
[0017]电渗联合气压劈裂工艺的步骤如下:
[0018]I)将阴极固定及排水管旋入阴极固定及排水螺纹孔，多个阴极5插入阴极固定及排水管，利用阳极固定装置6将多个阳极4固定在模型箱I上；
[0019]2)将待处理软粘土 11分层填充至模型箱I中，每填充一层后压实，使所填充的软粘土处于密实状态，如此反复直至模型箱内软粘土高度达到设计处理高度；
[0020]3)将上覆砂10均匀地铺在待处理软粘土 11上；
[0021]4)用导线3将阳极4、阴极5分别与稳压电源2的正负极串联，用气管8、气管接头9将阳极4与外接气压源7相连；
[0022]5)开启稳压电源2，以lV/cm?2 V/cm的电压梯度在阳极4与阴极5之间通入稳压直流电；
[0023]6)通电过程中每四小时测量一次排水体积，并绘制累计排水体积曲线图；
[0024]7)通电12到30小时后，打开外接气压源7，向待处理软粘土 11中喷射高压气，气压控制在200kPa?400kPa，持续时间为10?20分钟，然后关闭外接气压源7，之后每四小
时重复喷射一次高压气；
[0025]8)当累计排水体积曲线图接近水平时关闭稳压电源2。
[0026]实施例:
[0027]试验方案
[0028]所用模型箱尺寸为700\300\400111111(外边缘)。电极材料采用铝管。试验过程中，阳极同时作为喷气管，阳极长450mm,外径16mm,内径IOmm,在底部50mm处和150mm处打直径2mm小孔。阴极长450mm,外径24mm,内径18mm,底部300mm内均匀分布直径4 mm的小孔。电极的布置形式采用平行错位布置，同性电极间间距为200 _，异性电极间距为141_。
[0029]设置一组对照试验，即比较电渗-堆载联合劈裂、电渗-堆载这两种情况。电渗-堆载联合劈裂试验步骤如下:
[0030]I)将阴极固定及排水管旋入阴极固定及排水螺纹孔，多个阴极5插入阴极固定及排水管，利用阳极固定装置6将多个阳极4固定在模型箱I上；
[0031]2)将待处理软粘土 11以每层5cm厚分层填充至模型箱I中，每填充一层后压实，使所填充的软粘土处于密实状态，如此反复直至模型箱内软粘土高度达到27cm ；
[0032]3)将14.7kg上覆砂10均匀地铺在待处理软粘土 11上；
[0033]4)用导线3将阳极4、阴极5分别与稳压电源2的正负极串联，用气管8、气管接头9将阳极4与外接气压源7相连；
[0034]5 )开启稳压电源2,在阳极4与阴极5之间通入15V稳压直流电；
[0035]6)通电过程中每四小时测量一次排水体积，并绘制累计排水体积曲线图；
[0036]7)通电24小时后，打开外接气压源7，向待处理软粘土 11中喷射高压气，气压控制在200kPa~400kPa，持续时间为15分钟，然后关闭外接气压源7，之后每四小时重复喷
射一次高压气；
[0037]8)通电96 h后，累计排水体积曲线图接近水平，关闭稳压电源2 ; [0038]9)取不同位置处的土体测定含水量、抗剪强度。
[0039]电渗-堆载试验步骤与电渗-堆载联合劈裂类似，只是省去第7步。
[0040]试验结果
[0041]试验前土体处于流塑状态，抗剪强度为O。试验结束后，分别测定了模型箱中表层、中层、底层各阴极和阳极附近土的抗剪强度，见表1。可知:无论是阳极附近还是阴极附近，无论是表层、中层还是底层，电渗一堆载联合气压劈裂试验后土的抗剪强度均高于电渗一堆载试验的，电渗一堆载处理后土的抗剪强度平均值为4.387kPa，而电渗一堆载联合气压劈裂试验后土的抗剪强度平均值为5.133kPa，比前者提高16.9% ;相较电渗一堆载试验，电渗一堆载联合气压劈裂试验后表层、中层和底层土的抗剪强度分别提高16.8%、5.1%、34.6%，这说明电渗一堆载联合气压劈裂试验对于深层土体有较好的处理效果。
[0042]表1试验后土的抗剪强度
[0043]
抗酋強If(kPa)阳极阴极表层中层底层总体电渗一堆栽 5—600^ ^ 7S ^ J.Q4JS03-240 4..3 S 7电渗一堆载联合气压劈裂6.M74 .Π! 6.1204.9204.360 5.133
[0044]试验结束后，分别测定了模型箱表层、中层、底层土的含水量，如表。测得电渗一堆载试验中土的含水量从67.57%降低到46.42%，降低21.15%，电渗一堆载联合气压劈裂试验中土的含水量从68.21%降低到45.13%，降低23.08%。仅从含水量的降低情况来看，电渗一堆载联合气压劈裂试验比电渗一堆载试验虽然有所改善，但是相差不大。这主要是由于含水量的测量与取土位置关系很大，不同取土的位置含水量差别很大，而取土位置很难把握。由于两次试验采用的是同一批土，初始含水量基本相同，且处理体积相等，因此，排水量是评价气压劈裂对于电渗效果影响的最为直观的参数。
[0045]表2试验前后土的含水量
[0046]
【权利要求】
1.一种电渗联合气压劈裂装置，其特征在于包括模型箱(I)、稳压电源(2)、导线(3)、多个阳极(4)、多个阴极(5)、阳极固定装置(6)、外接气压源(7)、气管(8)、气管接头(9)、上覆砂(10)、待处理软粘土(11)、接水容器(12);多个阳极(4)和多个阴极(5)以平行错位方式布置，模型箱(I)上端纵向设有阳极固定装置(6)，多个阳极(4)固定在阳极固定装置(6)上，模型箱(I)底部阳极固定装置(6)两侧设有两排阴极固定及排水螺纹孔，阴极固定及排水螺纹孔上设有阴极固定及排水管，阴极固定及排水管端部设有与阴极固定及排水螺纹孔相配合的外螺纹，多个阴极(5)插入阴极固定及排水管，模型箱(I)内下部填充待处理软粘土(11)，模型箱(I)内上部填充上覆砂(10)，阳极(4)进入待处理软粘土(11)底部的1/2以内设有个喷气孔，每个喷气孔正对一个阴极(5)，阴极(5)进入待处理软粘土(11)处设有排水孔，多个阳极(4)通过导线(3)与稳压电源(2)正极相连，多个阳极(4)通过气管(8)、气管接头(9)与外接气压源(7)相连，多个阴极(5)通过导线(3)与稳压电源(2)负极相连，多个阴极(5)下方设有接水容器(12)。
2.根据权利要求1所述的一种电渗联合气压劈裂装置，其特征在于所述的阳极(4)、阴极(5)为金属管。
3.根据权利要求2所述的一种电渗联合气压劈裂装置，其特征在于所述的阴极(5)采用的金属管内套土工滤膜。
【文档编号】E02D3/11GK203383203SQ201320408970
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年7月10日 优先权日:2013年7月10日
【发明者】周建, 胡平川, 李一雯, 龚晓南, 陈宇翔 申请人:浙江大学