[发明专利]真空压力下高水量流泥PVD固结中土柱淤堵效应的模型测试装置及其测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种真空压力下高水量流泥PVD固结中土柱淤堵效应的模型测试装置，该装置用于研究高含水量流泥在真空压力下的PVD固结特性以及土柱淤堵效应。本发明还涉及一种上述真空压力下高水量流泥PVD固结中土柱淤堵效应的模型测试装置的测试方法。

背景技术

近年来，我国围垦工程每年新增建设用地约占全国每年新增建设用地总面积的3-4%，而垦区建设以吹填为主，即将近海潮间带吹填流泥作为了基础物源。另一方面，为了改善河流湖泊的水质、我国每年都开展大规模的河流湖泊疏浚清淤工程，疏浚流泥有数亿方以上。无论吹填流泥或疏浚流泥，其特征为含水率高、呈流动、悬浮状态，基本不具备强度。目前，实际工程中广泛采用真空预压排水固结技术以改善高含水量流泥的工程特性。但高含水量吹填流泥在排水固结过程中，土颗粒会向塑料排水板（PVD）移动聚集，形成土柱，造成淤堵，导致径向排水路径堵塞，处理失败。

目前高含水量流泥真空预压处理工程设计中依据《建筑地基处理规范》，采用的Hansbo理论进行固结度计算，并没有考虑到土柱淤堵效应的影响。而现有对于土柱淤堵效应的研究主要集中在室内梯度比试验及模型箱试验方面。梯度比试验在梯度比试验仪上进行，通过分析特定水力梯度下，PVD滤膜与流泥构成的反滤体系梯度比的变化，间接研究流泥固结过程中的土柱淤堵效应。这种试验方法中流泥受力与实际工程中的真空压力有很大不同，且渗流过程中孔隙水不断补充，导致流泥孔隙比变化也与实际工程中孔隙水减少及孔隙比压缩情况有较大差别。在模型箱试验方面，主要通过在试验过程中取样分析流泥孔隙比、渗透系数等参数的变化，进而研究流泥在PVD固结过程中的土柱形成过程。但该类型试验取样会影响真空密封性，取样次数受限，且取样过程中会对流泥造成扰动，取原状样难度较大，同时取样后需要对取样孔洞进行回填，增加了该类型试验的难度。

总之，目前高含水量流泥PVD固结土柱淤堵效应的试验研究并不多见，尤其缺乏能够控制土柱直径，取样方便，考虑不同真空压力加载对土柱形成过程影响的研究，导致对土柱淤堵效应的认识不够深入，然而这是研究真空压力下流泥PVD固结机理，预测流泥沉降变化规律及固结时间，为高含水量流泥地基处理提供科学依据的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种真空压力下高水量流泥PVD固结中土柱淤堵效应的模型测试装置，该装置能够实现对高水量流泥PVD固结中土柱淤堵效应的测试。本发明所要解决的技术问题还包括提供一种上述真空压力下高水量流泥PVD固结中土柱淤堵效应的模型测试装置的测试方法。

为此，本发明提供的真空压力下高水量流泥PVD固结中土柱淤堵效应的模型测试装置，其特征是：包括内桶和外桶，内桶侧壁上沿高度方向逐层开设有多个通孔，所述内桶与外桶套接组装成双套筒，所述内桶与外桶之间形成外环腔，所述内桶内埋设有两根竖向管，所述内桶中装有高含水吹填土，高含水吹填土填充至内桶顶部，所述内桶中间插入有排水板，排水板上面通过手型接头连接第一真空管，所述排水板侧边的高含水吹填土中埋设有孔压计，孔压计配置读数传感器测，所述竖向管内装入有含水量与所述高含水吹填土相同的铁矿粉，透过竖向管可看清铁矿粉的颜色，所述吹填土上面依次放置针织布、土工布和密封膜，密封膜封闭设置在所述内桶上端，所述第一真空管另一端连接锥形瓶，锥形瓶与真空泵之间用第二真空管连接。

本发明还提供了上述真空压力下高水量流泥PVD固结中土柱淤堵效应的模型测试装置的测试方法，包括以下步骤：A、预先在内桶内埋设两根内径为3cm的白色塑料管，白色塑料管距离桶心10cm，向内桶内装入高含水吹填土至桶顶端，然后向内桶中间插入排水板，排水板上面通过手型接头连接真空管，内桶中距离排水板5cm处放置一个孔压计，孔压计设置高度控制在距离桶底30cm，往白色塑料管里面装入含水相同铁矿粉，在吹填土上面依次放置针织布、土工布和密封膜，随后进行封膜，第一真空管连接锥形瓶，锥形瓶与真空泵之间用第二真空管连接；B、用读数传感器测孔压计，用玻璃锥形瓶测流水量，等到孔压消散稳定，向外桶内倒入水，设定的注水上限值不宜过高，实时监测流水量变化值；C、通过达西渗流公式计算渗透系数，通过渗透系数及径向变形，测定土柱形成过程。渗透稳定后完整取出土柱放入大桶里面，然后土柱周围渗满吹填淤泥，观察土柱与淤泥固结试验，通过孔压计监测固结过程，通过位移计监测沉降变形，通过在流泥中掺加0.5μm红铁粉带测量水平变形。