[发明专利]针对低强度流动化回填材料水力特性监测的土柱试验装置及方法

说明书

本发明公开了针对低强度流动化回填材料水力特性监测的土柱试验装置及方法，涉及低强度流动化回填材料水力特性、电导率和温度测量技术领域，装置主体为由十二个1/3等分(120°)玻璃圆柱拼接而成的有机玻璃圆柱直管、底座和顶盖组成，用于盛装待测试样；监测设备由水势传感器、渗压计、温湿盐一体传感器组成，分别测量试样固化期间材料的吸力、孔隙水压力、体积含水率、温度、电导率，三种传感器由上至下依次均匀排列在柱体直管上。本发明可以通过对低强度流动化回填材料不同龄期下的水力特性、电导率和温度的监测，对其水力行为的演变进行分析。此外，本装置具备安装简易、拆卸方便的优势，能够有效避免传感器的损坏，便于后续的取样试验工作。

技术领域

本发明涉及低强度流动化回填材料性能测试设备领域，具体为能够准确测量水化-水力耦合作用下的低强度流动化回填材料固化期间水力特性的土柱试验装置及方法。

背景技术

低强度流动化回填材料是一类用于回填的自流平、自密实的水泥胶结材料，主要应用于沟渠回填、结构填充、路面基层、空隙填充和导管垫层等。低强度流动化回填材料通常是由粉煤灰、再生细骨料、水、少量硅酸盐水泥和化学外加剂组成的混合物，主要性能包括流动性(200mm)或自密实性、无侧限抗压强度(根据美国混凝土学会，低强度流动化回填材料28天无侧限抗压强度的上限和下限分别限制在8.3MPa和0.3MPa)、化学稳定性和热阻率等。为实现浇筑和回填的自流平特性，低强度流动化回填材料的含水率是影响材料性能的关键因素。并且，低强度流动化回填材料在固化过程中受胶结料水化作用的影响，材料的含水率会逐渐减小，孔隙水压力(PWP)会明显降低，吸力进一步发展。在这一过程中，材料内电导率、温度不断演化，与水力特性的发展共同影响着材料结构的强度、变形和稳定性等。因此，研究低强度流动化回填材料的水化-水力耦合特性具有十分重要的意义。

现有的土柱试验装置多用于实验室研究水在非饱和土中的一维渗流规律，通过传感器等监测设备得到非饱和土的水力特性，如含水率、基质吸力、孔隙水压力等随渗流过程的变化。研究对象一般是人为填筑的一维非饱和土柱，而对于胶结材料的水力特性，还有待进一步的研究。并且现有土柱试验装置存在占地面积大、安装不方便、取样困难等问题。

本发明的目的在于提供针对低强度流动化回填材料水力特性监测的土柱试验装置及方法，实现对低强度流动化回填材料固化过程中水力特性的监测。此外，本装置还具备安装简易、拆卸方便的优势，不仅能够有效避免传感器的损坏，还便于后续的取样试验工作。

发明内容

本发明设计了针对低强度流动化回填材料水力特性监测的土柱试验装置及方法，相比现有土柱试验装置，该装置可实现对低强度流动化回填材料固化过程中水力特性的监测，并且具备安装简易、拆卸方便的优势。

为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

本发明提供的针对低强度流动化回填材料水力特性监测的土柱试验装置及方法，包括土柱系统和量测系统两部分；所述量测系统包括多个水势传感器、多个渗压计和多个温湿盐一体传感器，所述土柱系统是由多个1/3等分(120°)玻璃圆柱拼接而成的有机玻璃圆柱直管，用于盛装待测试样；所述柱状直管的底部设有底座，顶部设有盖子。

所述低强度流动化回填材料是一类由粉煤灰、再生细骨料、水、少量硅酸盐水泥组成的，用于回填的自流平、自密实的水泥胶结材料。其配合比设计为水泥单位体积用量84.7kg/m³,粉煤灰单位体积用量181.5kg/m³,再生细骨料单位体积用量1210kg/m³，水单位体积用量413kg/m³。低强度流动化回填材料的特征在于一定泌水率的条件下具有良好的流动度，可以靠其自身的重力无需振捣而达到浇筑填充的目的，其力学性能主要表现为低强度和可控性，且可以根据工程需要对其强度进行调节。