[发明专利]一种非饱和路基土室内电渗排水试验系统

说明书

一种非饱和路基土室内电渗排水试验系统，属于路基排水技术领域，解决了现有室内电渗排水试验系统不适用于非饱和路基土的问题。所述试验系统：试验土样固定在土样固定及排水单元内，后者内置于试验仓。直流稳压电源通过第一电极和第二电极对试验土样的两端施加电压。排水量测量单元用于收集试验土样所排出的水并测量排出水的体积和质量。土样体积含水率检测单元用于实时检测试验土样内预定的多个待测土层的体积含水率。土样电位采集单元用于根据检测到的每个待测土层的高电位数据和低电位数据确定该待测土层两端的电压。仓体温湿度控制单元用于使试验仓内外的空气湿度达到平衡，其输出调节气的温度等于试验仓内的实时气温对应的露点温度。

技术领域

本发明涉及一种电渗排水试验系统，属于路基排水技术领域。

背景技术

在20世纪30年代，德国学者Casagrande首次将电渗排水法应用于软土地基的加固并取得了令人满意的效果，这促使后续的研究者对软土地基的电渗排水展开了广泛而深入的研究，与软土地基电渗排水相关的室内模型试验、现场足尺试验和工程应用实例从未间断且不停向前发展。至今，电渗排水法早已成为一种常用的软土地基加固方法。

然而，电渗排水法目前多局限于饱和软土地基的加固，鲜有用于非饱和土地基的加固，更未用于非饱和路基排水。当前季冻区路基在冻融循环结束后形成的水分富集层因具有含水量大、破坏效果显著和难以疏排的特点成为季冻区路基病害控制的一大难题。如果能将电渗排水法自饱和软土地基加固领域引入非饱和路基排水领域，通过电渗作用将非饱和路基中多余的水分排出，则可以有效地控制路基的湿度状况，显著提升路基的工作状态，进而大幅延长路基的使用寿命。

工程应用需以理论研究为基础。因此，开展非饱和土的电渗排水研究成为当务之急。在将电渗排水法应用于实际非饱和路基工程之前，需要先进行室内模型试验以充分掌握非饱和土发生电渗时的水分迁移规律和电学参数变化规律，明确电渗在非饱和土中的作用机理，验证将电渗排水应用于非饱和土的效果。

进行非饱和土室内电渗排水试验需要一套能满足其试验目的试验装置，保证电渗排水试验能够合理、准确地进行，以得出科学的结论。现有的室内电渗排水试验系统均基于含水率高、渗透系数低和电渗排水效果明显的饱和软土而设计。现有的室内电渗排水试验系统通常采用收集阴极排水的方式来确定土体在电渗过程中的排水量，通过测量孔压和监测沉降变形来确定固结度，同时监测电势变化来衡量电极的工作能力，目的在于研究电极材料、通电方式、土样性质对饱和电渗排水的影响，这是以高含水率、低渗透性的饱和土样作为试验对象的必然结果。

然而，现有的室内电渗排水试验系统却不适用于非饱和土，这是因为：当前对饱和软土电渗排水的研究通常以排水量为评价指标对试验土样整体进行电渗排水效果分析，或者通过对试验土样进行定期分层取样烘干的方式测定试验土样各层的含水率，以便进行水分迁移分析。前者忽略了水分空间分布差异性的问题，这一差异在非饱和土中尤其显著。后者则会破坏试验土样的完整性，无法做到连续测量。

发明内容

本发明为解决现有室内电渗排水试验系统不适用于非饱和路基土的问题，提出了一种非饱和路基土室内电渗排水试验系统。

本发明所述的非饱和路基土室内电渗排水试验系统包括试验仓1、土样固定及排水单元、排水量测量单元、电压加载单元、土样体积含水率检测单元、土样电位采集单元和仓体温湿度控制单元；

土样固定及排水单元设置在试验仓1内，该单元包括土样套筒2、第一透水石3、第二透水石4、排水漏斗5、第一定位夹板6、第二定位夹板7、定位垫块8和定位夹板紧固机构；

土样套筒2为上、下两端均开放的圆筒形结构，第一透水石3、试验土样和第二透水石4依次自上而下地设置在土样套筒2内且均与土样套筒2的内筒壁紧密接触；