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1、10申请公布号CN103374910A43申请公布日20131030CN103374910ACN103374910A21申请号201310288399322申请日20130710E02D3/1120060171申请人浙江大学地址310027浙江省杭州市西湖区浙大路38号72发明人周建胡平川李一雯龚晓南陈宇翔74专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人张法高54发明名称电渗联合气压劈裂装置及其工艺57摘要本发明公开了一种电渗联合气压劈裂装置及其工艺。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。
2、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1230小时后通过阳极向软粘土中喷气，气压控制在250KPA400KPA，持续时间为1020分钟，之后每四小时重复喷射一次高压气。本发明的有益效果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1016；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。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图2页10申请公布号CN103374910ACN103374910A1/1页2。
3、1一种电渗联合气压劈裂装置，其特征在于包括模型箱（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（1）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（1）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（1）内下。
4、部填充待处理软粘土（11），模型箱（1）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。
5、金属管内套土工滤膜。4一种使用如权利要求1所述装置的电渗联合气压劈裂工艺，其特征在于它的步骤如下1）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（1）上；2）将待处理软粘土（11）分层填充至模型箱（1）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；3）将上覆砂（10）均匀地铺在待处理软粘土（11）上；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；5）开启稳压电源（2。
6、），以1V/CM2V/CM的电压梯度在阳极（4）与阴极（5）之间通入稳压直流电；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；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200KPA400KPA，持续时间为1020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；8）当累计排水体积曲线图接近水平时关闭稳压电源（2）。权利要求书CN103374910A1/4页3电渗联合气压劈裂装置及其工艺技术领域0001本发明涉及软土地基处理的一种电渗联合气压劈裂装置及其工艺。背景技术0002电渗法是通过在插入土体中的电极上施加。
7、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。
8、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本发明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及其工艺。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。
9、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。
10、。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电渗联合气压劈裂工艺的步骤如下1）将阴极固定及排水管旋入中阴极固定及排水螺纹孔，多个阴极插入阴极固定及排水管，利用阳极固定装置将多个阳极固定在模型箱上；说明书CN103374910A2/4页42）将待处理软粘土分层填充至模型箱中，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；3）将上覆砂均匀地铺在待处理软粘土上；4）用导线将阳极、阴极分别与稳压电源的正负极串联，用气管、气管接头将阳极与外接气压源相连；5）开启稳压电源，以1V/CM2V/CM的电压梯度在阳极与阴极之间。
11、通入稳压直流电；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；7）通电12到30小时后，打开外接气压源向待处理软粘土中喷射高压气，气压控制在200KPA400KPA，持续时间为1020分钟，然后关闭外接气压源，之后每四小时重复喷射一次高压气；8）当累计排水体积曲线图接近水平时关闭稳压电源。0009本发明与现有技术相比具有有益效果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1016；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。附图说明0010图1是电渗联合气压劈裂装置结构示意图；图2是本发明的阳极、阴极布。
12、置平面图，实心圆代表阳极，空心圆代表阴极；图3是电渗堆载试验、电渗堆载联合气压劈裂试验总排水量累计曲线；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0011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1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1底部阳极固定装置6两侧设有。
13、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1内下部填充待处理软粘土11，模型箱1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。0012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。00。
14、13电渗联合气压劈裂工艺的步骤如下1）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1上；说明书CN103374910A3/4页52）将待处理软粘土11分层填充至模型箱1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；3）将上覆砂10均匀地铺在待处理软粘土11上；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；5）开启稳压电源2，以1V/CM2V/CM的电压梯度在阳极4与阴极5之间通入稳压直流电；6）通电过程中每四。
15、小时测量一次排水体积，并绘制累计排水体积曲线图；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200KPA400KPA，持续时间为1020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；8）当累计排水体积曲线图接近水平时关闭稳压电源2。0014实施例试验方案所用模型箱尺寸为700300400MM（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10MM，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4MM的小孔。电极的布。
16、置形式采用平行错位布置，同性电极间间距为200MM，异性电极间距为141MM。0015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1）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1上；2）将待处理软粘土11以每层5CM厚分层填充至模型箱1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；3）将147KG上覆砂10均匀地铺在待处理软粘土11上；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。
17、接气压源7相连；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；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；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200KPA400KPA，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；8）通电96H后，累计排水体积曲线图接近水平，关闭稳压电源2；9）取不同位置处的土体测定含水量、抗剪强度。0016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。0017试验结果试验前土体处于流塑状态，抗剪强度为0。试验结束后，分别测定了模型箱中表层、中层、底层各阴极。
18、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，电渗堆载联合气压劈裂试验后土的抗剪强度均高于电渗说明书CN103374910A4/4页6堆载试验的，电渗堆载处理后土的抗剪强度平均值为4387KPA，而电渗堆载联合气压劈裂试验后土的抗剪强度平均值为5133KPA，比前者提高169；相较电渗堆载试验，电渗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168、51、346，这说明电渗堆载联合气压劈裂试验对于深层土体有较好的处理效果。0018表1试验后土的抗剪强度试验结束后，分别测定了模型箱表层、中层、底层土的含水量，如表。测得电渗堆载试验中土的含。
19、水量从6757降低到4642，降低2115，电渗堆载联合气压劈裂试验中土的含水量从6821降低到4513，降低2308。仅从含水量的降低情况来看，电渗堆载联合气压劈裂试验比电渗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。0019表2试验前后土的含水量试验过程中每四小时测一次排水量，得到总排水量曲线如图3所示，可以看出，喷气前24H，两个试验的排水量累积曲线基本重合，说明两次试验所采用的软粘土性质一致、体积相同，这为比较两个试验提供了基础。从开始喷气的第24H开始，电渗堆载联合气压劈裂的累计排水量一直高于电渗堆载试验，最终电渗堆载联合气压劈裂试验总排水量9795G，电渗堆载试验总排水量8795G，电渗堆载联合气压劈裂试验比电渗堆载试验总排水量增加114。这说明气压劈裂对于电渗排水有促进作用。说明书CN103374910A1/2页7图1图2说明书附图CN103374910A2/2页8图3说明书附图CN103374910A。