真空预压法处理软土地基的大型模型试验测试装置及其试验测试的方法

技术领域

    本发明涉及一种真空预压法处理软土地基的大型模型试验测试装置。本发明还涉及一种采用真空预压法处理软土地基的大型模型试验测试装置进行试验测试的方法。

背景技术

随着沿海地区经济的快速发展，土地资源日趋紧张，海涂围垦成为解决这一难题的主要途径，海涂围垦主要是吹海造陆，而离岸较远处海底土中砂含量少，大多为细粒径的淤泥质粘土，此种土质具有含水量高、压缩性强、触变性大、抗剪强度低等特点。在实际工程中，处理这种吹填土常用的方法有真空预压法、堆载预压法、强夯法、低能量压密及井点排水等。

堆载、强夯等方法对砂土、粉土的处理效果比较理想，但是采用上述方法对高含水率的软粘土、吹填土地基以及软黏土边坡进行处理时，存在处理成本高、工期长、处理效率低且效果不理想等问题。

真空预压法处理软弱土地基已有很长的历史，其基本原理最早是由瑞典皇家地质学院Kjellmen于1952年提出的，但受限于当时的施工工艺和技术，真空预压技术没有在实际工程中得到广泛应用，用真空预压法能够快速排出土中大部分的自由水，处理高含水率、低强度的软粘土、吹填土等具有显著优势。我国于20世纪80年代引进并研究此技术，最早在天津某港口的地基处理中得到成功应用，由此开始了真空预压在我国的应用进程。然而真空预压法，往往存在淤泥堵住真空管，导致排水板和土体中的真空度测量困难等问题，从而导致排水板真空度测量失效。此外，由于沉降等原因，孔压位置不断变化，导致孔压测量失真。在本发明之前，模型试验装置往往是单纯的在矩形模型箱或圆形的模型桶中插入排水板布置孔压计，而土体在抽真空过程中发生较大变形，孔压计随土的位移变化大；关于板中真空度的测量，真空管直接绑扎与排水板之上，而造成淤泥容易进入真空管，阻塞真空管，难以测量。此外对于泥中真空度的测量目前还没有相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种真空预压法处理软土地基的大型模型试验测试装置，该试验测试装置的内部测试元件不会产生变形和位移，其真空管不易淤积污泥，而且排水板的长度和和孔压计的安装位置更加灵活，便于获取更加精确和广泛的数据。本发明所要解决的技术问题还包括提供一种采用上述真空预压法处理软土地基的大型模型试验测试装置进行试验测试的方法。

为此，本发明提供的真空预压法处理软土地基的大型模型试验测试装置，包括真空度测量系统、孔隙水压力测量系统，所述真空度测量系统包括排水板、真空管和真空表，所述孔隙水压测量系统包括孔压计、导线和T型接线柱，所述孔压计通过导线、T型接线柱连接连接测读仪器，所述试验测试装置还配置有支架，支架包括底部支架、立柱和顶部支架，所述排水板采用可拆解的结构固定在立柱上；部分排水板通过软管与抽真空装置连接，所述真空管连接有针头，针头插入未连接真空泵的排水板的滤膜下的排水空隙中；所述孔压计固定在支架的立柱的不同高度处以测量不同高度位置的孔隙水压力。

本发明还提供了采用上述真空预压法处理软土地基的大型模型试验测试装置进行试验测试的方法，包括：A、选用与试验模型匹配的所述支架，根据填土的高度确定连接真空泵的排水板的长度，并用绑丝将排水板固定在支架的立柱上，为量测土体真空度而剪取的排水板按测量需要绑扎在立柱的不同高度处；B、将连接针头的真空管插入未连接真空泵的排水板，所述针头插入排水板的空隙，并将所述真空管固定在支架上；C、所述真空管端头接真空表，每个真空表对应的测量位置应预先注记，方便以后的数据整理；D、所述孔压计用绑丝绑扎到支架的不同高度，根据测量需要随高度增减布设数量，所述孔压计的编号及其所在位置应注记准确；E、将土样分层填至设计的高度，确保各管路无锐角弯折，土体高度要高于排水板的高度，土体表面敷设密封膜，四周进行压沟；F、把抽真空用的所述排水板通过手型接头连接塑料钢丝软管，各塑料软管通过三通接头连接至透明容器；在透明容器的瓶塞处进行打孔，将所述真空表安装到瓶塞上，用生胶带和密封胶进行密封处理；所述透明容器通过塑料真空管连接至真空泵。

本发明的有益效果如下：1、由支架固定排水板和孔压计，使孔压计和排水板不会发生较大变形，有利于测量得到准确的数据；2、通过改变支架高度和排水板长度，可模拟不同地基处理深度；3、通过改变孔压计和真空管针头插入排水板的高度，可以测量土体不同高度处的孔隙水压和真空度；4、通过改变排水板的数量与间距可以模拟真实工程中不同的排水板间距；5、将针头插入排水板滤膜下的排水通道，可以阻隔淤泥进入排水板堵塞真空管；总之，本装置形式简单灵活，易加工制造，成本低，适用性强，解决了土体和排水板中孔压和真空度测量困难的问题。

附图说明

    图1为本发明提供的真空预压法处理软土地基的大型模型试验测试装置的结构示意图。

图2为图1中的支架的结构示意图。

图3为图1中的抽真空装置的结构示意图。

图4为图1中的插入有针头的排水板的结构放大示意图。

图中：1、真空表 ；2、真空泵 ；3、接线柱 ；4、塑料钢丝软管；5、孔压计；6、天平； 7、透明容器；8、三通接头； 9、针头； 10、支架 ；11、真空管 ；12、排水板；14、导线；101、立柱。

具体实施方式

参照图1、图2所示，本发明提供的真空预压法处理软土地基的大型模型试验测试装置，包括真空度测量系统、孔隙水压力测量系统，所述真空度测量系统包括排水板12、真空管11和真空表1，所述孔隙水压测量系统包括孔压计5、导线14和T型接线柱3，所述孔压计5通过导线14、T型接线柱3连接连接测读仪器，所述试验测试装置还配置有支架10，支架10采用钢支架、复合材料或硬塑料支架，其形状可以采用圆柱形或长方体或梅花形，支架10包括底部支架、立柱101和顶部支架，所述排水板12采用可拆解的结构固定在立柱101上，为了预留足够的上下位置调整空间，立柱101的高度远高于排水板12的长度；部分排水板12通过软管与抽真空装置连接，所述真空管连接有针头9，针头9插入未连接真空泵的排水板12的滤膜下的排水空隙中；所述孔压计5固定在支架10的立柱101的不同高度处以测量不同高度位置的孔隙水压力。参照图3所示，所述抽真空装置包括入口配置真空表的透明容器7、真空泵2和天平6，透明容器7一般为锥形瓶，所述透明容器7置于天平6上的称量位置，所述真空泵2与所述透明容器7通过真空管11连接。

本发明还提供了采用上述真空预压法处理软土地基的大型模型试验测试装置进行试验测试的方法，包括：A、选用与试验模型匹配的所述支架10，如长方体的模型箱试验，则选用长方体的支架10，根据填土的高度确定连接真空泵2的排水板12的长度，并用绑丝将排水板12固定在支架19的立柱101上，为测量土体真空度而剪取的排水板12按测量需要绑扎在立柱101的不同高度处；B、将连接针头9的真空管11插入未连接真空泵2的排水板12，所述针头9插入排水板12的空隙，并将所述真空管11固定在支架10上；C、所述真空管11端头接真空表1，每个真空表1对应的测量位置应预先注记，方便以后的数据整理；D、所述孔压计5用绑丝绑扎到支架10的不同高度，根据测量需要随高度增减布设数量，所述孔压计5的编号及其所在位置应注记准确；E、将土样分层填至设计的高度，确保各管路无锐角弯折，土体高度要高于排水板的高度，土体表面敷设密封膜，四周进行压沟；F、把抽真空用的所述排水板12通过手型接头连接塑料钢丝软管4，各塑料钢丝软管4通过三通接头连接至透明容器7；在透明容器7的瓶塞处进行打孔，将所述真空表1安装到瓶塞上，用生胶带和密封胶进行密封处理；所述透明容器7通过塑料真空管连接至真空泵2；F、进行真空预压排水，开启真空泵2，监测真空表1，定时用电子天平6来测量锥形瓶7中的出水量；待试验结束，移除密封膜，挖除填土，回收支架10、塑料钢丝软管4、真空表1、孔压计5等，待下次试验重复利用。