[发明专利]一种土工模型试验含气土样的制备方法

说明书

本发明涉及岩土工程中含气土的人工模拟制样试验技术领域，具体涉及一种土工模型试验含气土样的制备方法，依次包括以下步骤：在模型槽槽底的水槽上铺设一张多孔板，板上开有透水孔，多孔板上铺设一层滤网，滤网上铺设一张钛网，作为阴极；钛网上分层铺设实验土样；盖上模型箱箱盖；对模型箱内部的土样进行抽真空负压，排尽土样孔隙中的空气，时间不小于12h；通过水箱向模型箱下部水槽缓慢供水，直至模型箱内自由水面高于土样顶面5cm~10cm，然后保持土样完全浸水的时间不小于24h；打开模型箱箱盖，在土样上部铺设另一张钛网，作为含气土制样时的阳极；连接模型箱上部安装的阳极端口和阴极端口至电源进行电解反应。本发明可以通过控制电流幅值和电解时间，获得高饱和度的含气土样。

技术领域

本发明涉及岩土工程中含气土的人工模拟制样试验技术领域，具体涉及一种土工模型试验含气土样的制备方法。

背景技术

含气土在自然界中普遍存在，气体成分有有机成因气，如甲烷(或称沼气)、乙烷等，也有无机成因气，如二氧化碳、硫化氢、氮气等。人为活动也能形成含气土，如：地下爆炸、气体压注、封存、抽采、水合物卸压分解、垃圾填埋分解、疏浚淤泥等。

含气土中气体多以游离气泡形式存在，气泡在土体中的分布形式主要有两种：一种是气泡分布在土颗粒间的孔隙中，成为孔隙气泡；这种赋存形态的含气土多存在于粗颗粒土中；另外一种是以孤立的大气泡形式存在，气泡尺寸大于土颗粒及粒间孔隙直径；这种赋存形态的含气土多存在于细颗粒土中。含气土被认为是土颗粒、孔隙水、气体、压力、温度及上覆层完美平衡的产物，一旦平衡被打破，就会导致其工程性状发生改变。岩土工程中，由于含气土中气体易于逸散，难以获取现场原状含气土样品；即便采用特殊装备能够获得保压原状土样品，仍然受到在试验室内难以进行二次加工、含气不均匀等问题的困扰。目前，对岩土工程领域对含气土的了解十分有限。室内人工模拟制样技术成为研究该类土岩土工程问题的前提和基础。

目前，有关含气土的人工模拟制样方面，有采用厌氧发酵微生物与土颗粒混合，在适宜的温度和厌氧环境下利用微生物发酵产生甲烷气体，来模拟含气土的自然形成过程，进而制成含气土样的方法；但该类方法产气量难以量化控制而不宜应用于土工模型试验的定量研究中。也有采用非饱和土的制样方法，利用空气或氮气逐步驱替饱和土中水分的方法来制备含气土样的方法；但该类方法不适用于制备初始饱和度大于80％的含气土样；中国专利(专利号ZL201310752757.1)名称为“变压可控气体置换反应装置及其在含气土样制备中的应用”中公开了一种通过借助沸石来制备含气土样的方法，但该方法受外界环境压力影响大，有压环境下难以制备出试验所需的含气土样。中国专利(专利号ZL201410027361.5)名称为“高压溶气饱和试验装置及其在含气土样人工制备中的应用”中公开了一种借助饱和二氧化碳水溶液制备含气土三轴试样的方法；但该方法只适用于制备土工三轴试验样品，而无法适用于有一定规模的土工模型试验中的含气土样制备。

为了研究含气土地基或边坡在地震、波浪等荷载作用下的失稳等特性，有必要在实验室内开展含气土的室内土工模型试验研究，就必须提出一种不受外压力、温度等影响，可人为定量控制并适用于一定尺度规模的模型试验含气土样的制备方法。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于土工模型试验的室内含气土土样人工模拟制备方法。该方法可以人为定量控制制备土中气体含量，不受外界压力和温度的影响，适合土工模型试验中有一定尺度规模的含气土样制备。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

一种土工模型试验含气土样的制备方法，包括以下步骤：