真空泵吸联合蒸汽増湿土体的装置及方法与流程

1.本发明属于土体增湿领域，具体涉及一种真空泵吸联合蒸汽増湿土体的装置及方法。


背景技术：

2.在我国西北地区，广泛分布着具有大厚度、低强度、低含水率和强湿陷性等特点的天然黄土，由于其结构疏松，孔隙十分发育，而且富含可溶解性盐，故其遇水浸湿后强度迅速降低，变形大幅增加，严重影响上部构筑物服役性能和寿命周期。因此，需在构筑物建设前进行地基处理，解决黄土承载力低、湿陷性强等问题，以提高黄土地基的承载力和抵抗变形的能力。
3.目前，常用的土体增湿方法包括：预湿法、浸水法和袋装砂井注水增湿法。其中，预湿法增湿时间较快，增湿程度易于控制，增湿效果较好，但无法批量增湿，需单个分别处理，如实验室中模拟少量土体增湿；浸水法虽然可以批量增湿，但增湿耗时长，需水量大，增湿均匀性较差，且增湿范围难以控制；袋装砂井注水增湿法虽然耗时相对较短，但存在增湿均匀性差、增湿范围小和不可控等缺点。
4.申请人已在cn 111519601b中公开了一种利用水蒸汽增湿土体的方法，该方法通过控制压力和时间的分段式增湿，提高了土体含水率均匀性，但其分段增湿操作复杂、耗时。


技术实现要素：

5.为了使操作更为简便、快捷，申请人在专利“一种利用水蒸汽增湿土体的方法”的基础上进行改进，提供一种真空泵吸联合蒸汽増湿土体的装置及方法。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：真空泵吸联合蒸汽増湿土体的装置，其特点在于：所述装置包括蒸汽发生器、真空泵和增湿室；所述增湿室内设置有增湿管，所述增湿管的管体上布设有若干用于蒸汽扩散的孔，所述增湿管的一端通过输气管道与蒸汽发生器连接；所述真空泵通过排气管道与增湿室连接。
7.优选地，所述增湿室设置有若干个湿度传感器。所述湿度传感器用于实时观测土体的湿度，从而可控地对土体进行增湿。
8.优选地，所述增湿管的直径与所述增湿室的直径之比为1:20~30。高于该比值范围，增湿管占用空间大，会降低土体的处理量。低于该比值范围，则会延长土体增湿时间。
9.优选地，所述增湿管基本垂直于所述增湿室的底部，所述增湿管的末端靠近或接于所述增湿室的底部。相比倾斜设计，能缩短增湿管，节约成本。
10.优选地，所述的孔沿着所述增湿管的轴向设有若干排，排间距为所述增湿管直径的1~2倍，每排有1~6个所述的孔。增湿管上用于蒸汽扩散的孔开孔密度过高，不利于管体强
度，开孔密度过低，不利于快速增湿，影响生产效率，优选地，所述的孔中设有阻泥网。所述阻泥网用于防止土体进入增湿管。
11.优选地，所述输气管道上设有调压阀。所述调压阀用于控制增湿室室内蒸汽压力。
12.优选地，所述排气管道的入口所述增湿室的上部或项部。
13.优选地，所述装置还设有冷凝器，所述冷凝器与所述真空泵相连。所述冷凝器用于对增湿室排出的蒸汽进行冷凝，达到水气分离的目的。
14.利用上述的装置増湿土体的方法，包括以下步骤：（1）将土体装填入增湿室；（2）初次增湿：将蒸汽输入增湿室，至增湿室内压力达到预设的压力值，保持一定的时间；（3）初次增湿完成后，开始抽真空；（4）土体湿度达到预设的湿度后，停止蒸汽输入和抽真空，闷料处理一定的时间；优选地，所述预设的压力值为0.05
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0.1mpa，保持0.1~1h；优选地，闷料处理的时间为10~12h。
15.优选地，抽真空的时间为2~4h。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1、本发明通过控制真空泵和蒸汽发生器的“压力作用”，增强了水蒸气在土体中的扩散，加快了水蒸气的运移和増湿速率，提高土体含水率均匀性，可快速对大范围、大体积土体进行増湿，满足了对大厚度湿陷性黄土地基处理前的预先要求。
17.2、本发明设备安装和操作简单，可控化程度高，可批量増湿大范围、大体积土体，具有快速、经济、増湿效果好的特点，可有效克服现有浸水法增湿土体时增湿时间长、需水量大和均匀性差等缺陷。
附图说明
18.图1为本发明真空泵吸联合蒸汽増湿土体的装置的结构示意图；图2为本发明增湿室纵剖面的结构示意图；图3为本发明增湿管的结构示意图；图中，1
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增湿室、2
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增湿管、3
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输气管道、4
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蒸汽发生器、5
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调压阀、6
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温湿度传感器、7
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排气管道、8
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真空泵、9
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冷凝器、10
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尾气排放管道、20
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管体、21
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孔、22
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螺纹、23
‑
阻泥网。
具体实施方式
19.为了进一步理解本发明，下面结合附图对实施例的技术方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
20.如图1所示，本发明真空泵吸联合蒸汽増湿土体的装置，包括蒸汽发生器4、真空泵8和增湿室1；所述增湿室1内设置有增湿管2，所述增湿管2的管体20上布设有若干用于蒸汽扩散的孔21，所述增湿管2的一端通过输气管道3与蒸汽发生器4连接；所述真空泵8通过排气管道7与增湿室1连接。
21.所述增湿室1为圆筒形。
22.所述增湿室1的材质为钢材。
23.所述增湿室1的直径为50~500cm，高度为50~500cm。
24.所述增湿室1设置有若干个温湿度传感器6。
25.所述增湿室1内的土样装填高度约为增湿室高度的80~90%。
26.所述温湿度传感器6共有1~6个。
27.所述增湿管2的直径与所述增湿室1的直径之比为1:20~30。
28.所述增湿管2基本垂直于所述增湿室1的底部。
29.所述增湿管2基本位于所述增湿室1横截面的中心。
30.所述增湿管2的入口端设有用于与输气管道3连接的螺纹22。
31.所述增湿管2的末端封闭。
32.所述增湿管2的末端靠近或接于所述增湿室的底部。
33.所述孔21布设在所述增湿管2的处于土样表面以下的管体20上。
34.沿着所述增湿管2的轴向，相邻的两个所述孔21的间距为所述增湿管2直径的1~2倍。
35.所述孔21沿着所述增湿管2的轴向设有若干排，排与排之间的间距为所述增湿管2直径的1~2倍。
36.每排的孔数为1~6个。每排的孔数为2个或2个以上时，孔呈对称设置。
37.所述孔21的直径为所述增湿管2直径的1/10~1/15。
38.所述孔21中设有阻泥网23。
39.所述阻泥网23为纱布。
40.所述输气管道3上设有调压阀5。
41.所述排气管道7的入口位于所述增湿室的上部或顶部，优选位于所述增湿室内的土样表面上方。
42.所述装置设有冷凝器9，所述冷凝器9与所述真空泵8相连。
43.所述冷凝器9可安装在所述真泵8的后端。
44.所述冷凝器9亦可安装在所述真泵8的前端。
45.蒸汽经冷凝器9冷凝后，由尾气排放管道10排出。
46.实施例1蒸汽发生器的额定蒸发量为80kg/h，额定蒸汽温度171℃。
47.调压阀的量程为0.7mpa，精度为10kpa。
48.增湿室采用直径为200cm、高度为150cm的带有封盖的模型钢桶。
49.为了更好的分析比较不同深度土体的增湿效果，模型钢桶上安装有3个温湿度传感器，间隔高度为40cm。
50.温湿度传感器的量程0
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100%（m3/m3），工作温度范围为
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30℃~70℃，分辨率0.01%（m3/m3）。
51.模型钢桶的封盖上分别开有能使增湿管和排气管道穿过的贯穿孔，并用密封件密封。
52.增湿管为一端封闭、另一端设有螺纹的铜管，管体的长度为200cm、直径为10cm。沿
埋入模型钢桶填土面以下120cm的长度范围内，每隔15cm在增湿管的管壁四周对称设置四个用蒸汽扩散的孔，孔的直径为1cm，孔中用纱布作为阻泥网（增湿管处在土面以上的部分不开孔）。
53.实验土样为兰州重塑黄土，孔隙发育，呈黄褐色
‑
浅黄褐色，其基本物理性质指标见表1：利用真空泵吸蒸汽增湿土体的方法：s1、装填土样将土样装填入模型钢桶，装填高度约为130cm左右。
54.s2、安装设备将增湿管（封闭的一端）垂直插入土样直至桶底，盖上封盖，插入排气管道至密封模型钢桶内，且排气管道末端高于填土表面。用输气管道将增湿管接到蒸汽发生器上，并在输气管道上安装调压阀。将排气管道接到真空泵上，在真空泵后端连接冷凝器。
55.s3、增湿开启蒸汽发生器増湿土体，并设定调压阀的压力为0.1mpa，进行第一次增湿，时间为30min。
56.然后继续通入蒸汽增湿，并开启真空泵进行抽真空处理，根据温湿度传感器密切观测土样的増湿情况，直至土体湿度达到预设湿度时（约3h），关闭蒸汽发生器和真空泵，闷料处理12h。测定増湿结果，结果见表2。
57.根据表2可知，本发明利用真空泵吸联合蒸汽对试验土样增湿后，各土层土样含水率均接近最优含水率附近，即各土层含水率差异小，増湿均匀性好。证明利用真空泵吸联合蒸汽増湿土体的方法能较高效地控制土体的增湿程度和范围。
58.对比试验1
s1~s2步骤与实施例1相同；s3、增湿开启蒸汽发生器増湿土体，并设定调压阀的压力为0.1mpa，进行第一次增湿，时间为3.5h（不进行真空抽吸），增湿结束后，关闭蒸汽发生器，闷料12h。结果见表3：根据表3可知，对比试验1增湿土体后含水率变化幅度大，即说明对比试验1增湿均匀性差，増湿效率低。
59.根据实施例1和对比试验1增湿后土体含水率随土层厚度的变化比较结果可知，本发明实施例1利用真空泵吸联合蒸汽增湿土体的方法増湿土体后，在不同厚度处的土体含水率差异较小，而对比试验1增湿后的土体在不同厚度处的含水率差异教大，且增湿后土体含水率较低，说明本发明方法能够有效提高土体增湿后含水率的均匀性，能较高效地控制土体的增湿程度和范围，同时本发明实施例1对不同厚度处土体的增湿率明显高于对比试验1，具有增湿效果显著的优点。
60.对比试验2s1~s2步骤与实施例1相同；s3、增湿首先，开启蒸汽发生器増湿土体，并设定调压阀的压力为0.05mpa，进行第一次增湿，时间为30min。
61.然后，关闭蒸汽发生器，闷料处理12h。
62.再次开启蒸汽发生器，并设定调压阀的压力为0.1mpa，进行第二次增湿，时间为6.5h。结果见表4：
根据实施例1和对比试验2增湿后土体含水率随土层厚度的变化比较结果可知，与申请人之前的分段式增湿方案相比，本发明可明显降低各土层的含水率差异，缩短增湿时间，提高土样增湿的均匀性和效率。
63.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。