[发明专利]纳米溶胶加固砂土的渗透性与动模量关系测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种纳米溶胶加固砂土的渗透性与动模量关系测试装置及方法，包括数据采集及控制系统、纳米溶胶注射装置、动模量测试装置和液体收集容器，纳米溶胶注射装置包含蠕动泵和纳米硅溶胶容器，动模量测试装置包含动三轴设备及纵波波速测试系统，数据采集及控制系统分别连接纳米溶胶注射装置和动模量测试装置，所述纳米溶胶注射装置、动模量测试装置和液体收集容器依次连接。本发明在动模量测试装置内部直接渗流固化试样，克服了常规方法难以将弱固化的松散试样移入动模量测试装置内部的困难、以及移动中试样扰动问题，本发明方法可以得到动模量与渗透系数的函数关系，解决了纳米溶胶加固砂土过程中难以从渗透系数估算动模量衰减曲线的问题。

技术领域

本发明属于岩土工程研究领域，尤其涉及一种纳米溶胶加固砂土的渗透性与动模量关系测试装置及方法。

背景技术

饱和松散砂土地基在地震荷载作用下会发生液化，宏观上表现为土体中孔隙水压力上升，同时土体固相的有效接触应力为零，这时土体性质类似于流体并丧失抗剪强度。地震液化造成以下危害：例如房屋倾斜、地基沉降、地铁隧道上浮、道路路基滑移等。因此可以考虑通过加固土体防止液化，例如在可液化土体中通入硅溶胶溶液，硅溶胶溶液中悬浮着纳米颗粒，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砂土防止液化。现场硅溶胶加固土体的效果可以用土体动模量来评价，土体动模量的特有性质是随动应变的增大而衰减，但现场直接测得的是土体渗透系数，因此需要在现场取加固的土样返回实验室进行动模量试验获得动模量衰减曲线，目前无法在现场直接由渗透系数得到动模量来评价加固效果。同时现场取样往往会遇到弱加固的土样松散难以成型并且取样过程中对试样有扰动，因此开发适用于松散的固化试样且对试样扰动小的试验装置、并发展由渗透系数得到动模量衰减曲线的方法显得尤为重要。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术中存在的难以将弱固化的松散试样移入动模量测试装置内部进行测试、移动试样过程中的扰动问题和难以从渗透系数得到动模量衰减曲线的问题，提供了一种纳米溶胶加固砂土的渗透性与动模量关系测试装置及方法。

本发明的技术方案：一种纳米溶胶加固砂土的渗透性与动模量关系测试装置，包括纳米溶胶注射装置、动模量测试装置、数据采集及控制系统和液体收集容器；

所述纳米溶胶注射装置包含蠕动泵和纳米硅溶胶容器，蠕动泵一端与纳米硅溶胶容器连接，另一端与动模量测试装置连接；

所述动模量测试装置包含动三轴设备及纵波波速测试系统，所述动三轴设备包含围压室和轴向加载系统，所述围压室内安放用橡皮膜包裹的圆柱体干砂试样，轴向加载系统和圆柱体干砂试样底部连接；所述纵波波速测试系统包含两个压电陶瓷片，其中一个压电陶瓷片接收超声波且安装在圆柱体干砂试样底部，另一个压电陶瓷片发射超声波且安装在圆柱体干砂试样顶部；所述圆柱体干砂试样底部和顶部均安装有孔隙水压力计；

所述数据采集及控制系统分别连接纳米溶胶注射装置和动模量测试装置；

所述圆柱体试样底部和顶部分别有注射孔和排水孔，所述注射孔和纳米溶胶注射装置连接，所述排水孔和液体收集容器连接。

优选地，两个压电陶瓷片分别为第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片，所述第一压电陶瓷片安装在圆柱体干砂试样底部，所述第二压电陶瓷片安装在圆柱体干砂试样顶部；两个孔隙水压力计分别为第一孔隙水压力计和第二孔隙水压力计，所述第一孔隙水压力计安装在圆柱体干砂试样底部，所述第二孔隙水压力计安装在圆柱体干砂试样顶部。

优选地，所述圆柱体干砂试样尺寸为直径50cm，高度100cm。

一种纳米溶胶加固砂土的渗透性与动模量关系测试装置的测试方法，包括下述步骤:

步骤1：设定硅溶胶浓度，此浓度记为序列i，i取值范围为整数1至n；