[发明专利]真空预压过程中观测土颗粒运动的试验系统及试验方法

说明书

真空预压过程中观测土颗粒运动的试验系统，包括土体真空固结系统、真空驱动系统和监测系统；土体真空固结系统包括开设有观察窗的模型箱，观察窗的外侧设有高清相机；模型箱子的顶端设有LVDT位移传感器，模型箱内设有塑料排水板、孔隙水压力传感器和真空表测头，塑料排水板通过真空管线与真空驱动系统连接；真空驱动系统包括真空水汽分离箱、真空射流泵、和真空荷载空压力控制装置；所述监测系统包括孔隙水压力传感器、真空表测头、LVDT位移传感器和高清相机；本发明还提供了采用上述真空预压过程中观测土颗粒运动的试验系统进行试验的方法。本发明可以高效、准确地和完整地得到真空预压过程中土体颗粒个体运动信息。

技术领域

本发明涉及一种真空预压过程中观测土颗粒运动的试验系统，本发明还提供了采用上述真空预压过程中观测土颗粒运动的试验系统进行试验的方法。

背景技术

真空预压排水固结法是一种用于处理软土地基的常用方法，由于处理时间短、施工简单安全、费用低等优点，被广泛地运用于淤泥土地基处理。在真空预压处理超软土地基过程中，竖向排水体周边会形成隆起的以排水体为中心的压密层，工程中称之为“土桩”，具体形状如一个上大下小的倒锥体，加固过程中和结束后“土桩”范围内的土体强度会大大高于范围外的土体。现阶段，对于宏观的塑料排水板的淤堵行为，有观点认为细颗粒在排水板附近聚集是淤堵形成“土桩”现象的原因，但目前仍然缺乏验证这个猜想的研究。对此，需要能够提出一种定量测量并分析土体中个体颗粒运动情况的方法，结合宏观土体测量方法来分析“土桩”’现象出现的原因。

另外，在岩土工程领域的研究中，还有不少问题与颗粒的运动、颗粒相互作用有关，例如渗流中土体颗粒的运动，颗粒材料的堆积，形成骨架结构等等，研究这些现象都需要通过恰当尺度的观测手段，通过观察土体颗粒的个体运动，与宏观的测量手段结合，提出对这一类现象的新的解释，既而提出问题的解决方法。但是目前对于微小土体颗粒个体运动、相互作用的观察与测量，尚缺乏行之有效的观测方法，需要提出合理的观测尺度与观测手段，来完成对颗粒个体运动情况的研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以高效、准确地和完整地得到真空预压过程中土体颗粒个体运动信息的真空预压过程中观测颗粒运动的试验系统级试验方法。

为了解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供一种真空预压过程中观测土颗粒运动的试验系统，包括土体真空固结系统、真空驱动系统和监测系统；

所述土体真空固结系统包括：用于装填试验土体的模型箱，模型箱为顶部敞开的长方形箱体；模型箱的前侧壁上设有观察窗，用于观测黏土颗粒的运动情况；观察窗上覆盖有与其大小适配的玻璃板，玻璃板上设有用于对试验结果进行标定的标记点；模型箱的左侧壁开设有真空管线接口、第一传感器导线孔、第二传感器导线孔和第三传感器导线孔；模型箱内设有用于固定塑料排水板的支架，塑料排水板竖直地埋设在试验土体中；塑料排水板的顶端接入竖向连接管，竖向连接管的顶端接入横向连接管，横向连接管穿过真空管线接口与真空管线连接；

模型箱的顶端边缘向外设有长方形的第一密封框，第一密封框的上表面通过螺栓连接有第二密封框；试验土体的上方覆盖有土工布，土工布的上方覆盖有真空膜，真空膜的外边缘夹设于第一密封框与第二密封框之间，真空膜与第二密封框之间设有密封垫圈；

所述真空驱动系统包括：用于收集模型箱内排出的水与气的真空水汽分离箱、用于提供负压的真空射流泵、以及用于调节试验系统内真空荷载的真空压力控制装置；真空水汽分离箱的顶部设有第一连接口、第二连接口和第三连接口，第一连接口通过真空管线与模型箱连接，第二连接口与真空压力控制装置连接，第三连接口与真空射流泵连接；真空水汽分离箱的下部侧壁设有排水口，排水口外接排水管，排水管上设有排水阀；