[发明专利]纳米凝胶固化砂土的PH值和孔隙率实时测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种沿渗流路径纳米凝胶固化砂土的PH值和孔隙率实时测试装置及方法，包括试样成型长筒、监测装置、液体收集容器、水压控制器和压力隔离装置；试样成型长筒内放置砂试样；所述监测装置包含在试样成型长筒内分段布置的n个孔隙水压力计和PH计；所述压力隔离装置用橡胶膜隔离成两个腔室，其中一个腔室与水压控制器相连，另一个腔室装满硅溶胶与试样成型长筒连接；所述水压控制器、压力隔离装置、试样成型长筒和液体收集容器依次连接。本发明克服现有装置难以分析沿渗流路径固化的不均匀性问题、以及无法实时测量沿渗流路径上硅溶胶PH值和固化过程中砂土孔隙率变化的问题。

技术领域

本发明属于岩土工程研究领域,尤其涉及一种沿渗流路径纳米凝胶固化砂土的PH值和孔隙率实时测试装置及方法。

背景技术

纳米硅溶胶是纳米二氧化硅颗粒在水中的悬浮液，在碱性环境下这些颗粒相互排斥，悬浮液为稳定体系。当PH值降低到一定范围时，这些纳米颗粒先逐渐凝聚成链状结构进而形成三维网状结构的凝胶，此纳米凝胶体系可以加固松散砂土地基，加固方法为将硅溶胶渗流入饱和砂土地基中。在渗流过程中，硅溶胶的前进界面在砂土地基中不断推移，渗流路径上不同的位置其PH值和因固化减少的孔隙率是不同的，获取渗流路径上不同位置的实时PH值和孔隙率有助于建立纳米硅溶胶的固化理论模型。但是现有技术无法提供沿渗流路径上硅溶胶PH值和固化过程中砂土孔隙率的实时测量结果，难以分析沿渗流方向固化的不均匀性，因此发展实时测量渗流路径上硅溶胶固化砂土的PH值和孔隙率的装置和方法尤为重要。

发明内容

本发明为了克服现有装置无法实时测量沿渗流路径上硅溶胶PH值和固化过程中砂土孔隙率变化的问题，以及难以分析沿渗流路径固化的不均匀性问题，本发明提供了一种沿渗流路径纳米凝胶固化砂土的PH值和孔隙率实时测试装置及方法。

本发明的技术方案：一种纳米凝胶固化砂土的PH值和孔隙率实时测试装置，包括试样成型长筒、监测装置、液体收集容器、水压控制器和压力隔离装置；试样成型长筒内放置砂试样；所述监测装置包含在试样成型长筒内分段布置的n个孔隙水压力计和PH计；所述压力隔离装置用橡胶膜隔离成两个腔室，其中一个腔室与水压控制器相连，另一个腔室装满硅溶胶与试样成型长筒连接；所述水压控制器、压力隔离装置、试样成型长筒和液体收集容器依次连接。

优选地，所述试样成型长筒为两端敞口的PVC圆柱管，高度和直径比值≥10，取直径为100mm，壁厚6mm，高度为1m。

优选地，所述PH计为光纤PH计。

优选地，PH计和孔隙水压力计沿砂土试样中轴线等距布置在试样成型长筒内壁，同一水平面上PH计和孔隙水压力计以中轴线为对称轴，在同一竖直线上PH计和孔隙水压力计交替布置。

优选地，所述试样成型长筒底部塞有第一橡胶塞，试样成型长筒顶部塞有第二橡胶塞，所述第一橡胶塞上面放置金属过滤筛网，以防止硅溶胶入口通道堵塞。

优选地，在金属过滤筛网上面放置一块厚度为5mm的透水石，以便于硅溶胶能均匀地注入砂土试样的横截面上。

一种沿渗流路径纳米凝胶固化砂土的PH值和孔隙率实时测试方法，包括下述步骤：

步骤1：用第一橡胶塞将试样成型长筒的底部密封住，在第一橡胶塞上放置金属过滤筛网，在金属过滤筛网上放置透水石，然后往试样成型长筒内放置砂土试样，在砂土试样放置过程中，沿砂土试样渗流方向布置孔隙水压力计和光纤PH计，最后用第二橡胶塞将试样成型长筒的顶部密封住；

步骤2：连接水压控制器和压力隔离装置的第一腔室，压力隔离装置内的第二腔室吸满硅溶胶，然后连接第二腔室和试样成型长筒，连接试样成型长筒和液体收集容器；