不同增压方式下电渗法加固滩涂淤泥试验研究

针对电渗法处理滩涂淤泥能耗高、后期排水效率低的问题,利用自制的试验装置进行4种不同增压方式下电渗试验.通过监测电渗过程中电流、排水量和阴极水p H,以及试验结束后检测土体的含水率和抗剪强度,研究不同的增压方式对电渗法加固滩涂淤泥效果的影响.试验结果表明:不同的增压方式明显影响电渗效果;相对于稳压输入,电源采用逐级增压可以减缓电流的衰减;合适的增压方式不仅可以降低能耗、提高后期排水速率,还可以有效地提高土体抗剪强度和降低含水率.     

电渗复合真空覆水预压法加固吹填土地基的应用研究

吹填土渗透系数小,结合水含量高,常规排水固结法只能排除地基土中的自由水,且真空传递效率低。而电渗法已经被证明可以有效排除土体中的结合水。故提出电渗复合真空覆水预压加固吹填土的方法,并结合温州某吹填土地基处理工程,对电渗复合真空覆水预压技术进行了现场试验研究。结果表明,电渗法能够有效降低地下水位,并对土体后期强度增长的贡献明显;电渗复合真空覆水预压法加固效果好于真空覆水预压法,在地基土的沉降速率上有显著优势,达到相同地基处理效果,施工工期更短,为该技术的推广应用提供借鉴和指导。     

电极反转对电渗加固效果的试验研究

采用自制模型箱,针对杭州软黏土进行一维电渗试验来探讨电极反转对电渗加固的影响.根据反转周期将试验分为4组：1 、5 、15 h、不反转.观察不同反转周期下电渗的特点,并与常规电渗效果进行对比,进而探讨电极反转的有效性.定期测量试验过程中的电流和排水量,计算土体电阻和界面电阻随时间的变化;并给出试验结束时的含水量、抗剪强度空间分布图.试验过程中发现,每次反转电极,电流均呈现略微上升之后又迅速降低,同时排水不会马上继续而需要等待时间,这使得电极反转组的排水效果要较常规电渗差.试验结果表明：电极反转虽然使得土体固结变形较为均匀,但是平均抗剪强度却较常规电渗差;反转周期越短,效果越差,其主要原因是电极反转会导致界面电阻急剧增大,电流降低过快,从而影响电渗效率.     

蒙脱石电渗微观机理试验研究

为了在微观上探究电渗的作用机理,以单一矿物成分的蒙脱石为电渗对象,采用自制金属电极和EKG电极,设计4组平行试验,探讨土体离子迁移、电学参数、膨胀性能等物理化学方面的变化.试验结果表明,Al~(3+)迁移能力远大于Cu~(2+)和Fe~(2+),后两者难以在电场力的作用下移动,电极反应生成的金属离子对电渗排水基本没有促进作用;电渗削弱了蒙脱石的乙二醇膨胀性,且除铜电极外,铝、铁、EKG电极下电渗对靠近阴极的土的膨胀性抑制作用更强;电渗作用降低了蒙脱石的zeta电位绝对值;铝电极下Al~(3+)的渗入严重降低了Ca~(2+)的排出量,铁电极下Fe~(3+)和Fe~(2+)的渗入束缚了阳极附近土体中Na~+的迁移;铁电极和EKG电极对土体有酸化作用,而铜电极、铝电极则不然.     

间歇通电联合电极移动作用下电渗法加固滩涂淤泥试验研究

基于海涂围垦形势的驱动下,针对电渗法处理滩涂淤泥地基存在沉降不均等缺陷,提出了间歇通电联合阳极移动法.为验证该法的有效性,利用自制模型开展了间歇通电联合阳极移动条件下电渗法加固滩涂淤泥室内试验研究.试验分为两个阶段,第一阶段固定通电时间,研究不同通断时间比对电渗试验的影响,同时与连续通电对比,确定最佳通断时间比;第二阶段,在最佳通断时间比下,将电极间距减半以研究靠近阴极土体的加固效果.通过研究发现:间歇通电处理后的加固效果与通断时间比密切相关;间歇通电联合电极移动可以减小两极土体沉降和抗剪强度的差异性.通过上述结论,以期对沿海地区滩涂淤泥处理提供科学依据.     

电渗排水法加固湖相软粘土的试验研究

采用不锈钢管、铜管和铝管3种金属材料自制不同电极,在一45 cm×45 cm×60 cm的地基加固模型箱内,施加2种电压梯度(100 V/m和200 V/m),对湖相软粘土进行了4组电渗排水固结试验。对电渗固结过程中土体的含水量、抗剪强度、沉降量等土力学参数以及电流等电学参数的分布与变化和电化学现象的监测结果表明,电渗排水法加固湖相软粘土速度快、效果好,而极性转换技术的采用使土体固结更为均匀。此外,试验中还观察到电渗的电荷累积现象。采用金属电极所获得的电渗试验成果为作者正在进行的新型电极——EKG电极材料的研制提供了非常有用的对比资料。     

电极材料对电渗过程作用机理的试验研究

分别采用铁、石墨、铜和铝电极开展室内电渗试验,从宏观和微观层面对试验结果进行分析,比较电势损失和离子迁移过程对电渗效果的贡献,并基于微观机理对电渗宏观规律作出合理解释.Fe2+和Cu2+迁移能力较差,大多聚集在阳极附近无法移动,Al3+迁移能力较强,在电场作用下易运移到阴极随水排出;电极材料通过电极反应生成离子进入土壤对电渗的促进甚小,其主要作用在于通过电极腐蚀、钝化、氧化以及电极与土体部分脱离引起电势损失,这是不同电极材料电渗效果差异的根本原因,同时表明电渗排水依赖于土壤中其他离子类型;电能利用率与土体本身性质密切相关,受电极材料影响不大.该研究可进一步揭示电渗机理,为电渗法的工程应用提供指导.     

生活源污染土电渗加固试验

为了研究生活源污染土的电渗加固特性,在改进的Miller Soil Box中进行生活源污染土电渗排水试验.分析含水量降低百分比、单位排水量能耗、抗剪强度、土体沉降4个参数,得出影响生活源污染土电渗排水加固效果的主次因素顺序:电源电压通电时间初始含水量CaCl2添加量电极材料.结果表明:电源电压极差最大,对生活源污染土电渗加固处理效果起到主要作用;考虑经济成本和电渗效率,通电时间不宜过长,否则能耗系数会急剧增大;CaCl2添加量越高则初始电流越大,但CaCl2含量过高反而会导致排水量减少;铁和铜电极排水效果最好,铝电极的能耗最小,石墨电极的电渗效果最差,建议在实际工作中选用铁电极.最后验证了电渗加固的最优组合及水平,并与普通土的加固效果进行对比分析.     

真空预压联合逐级动力压实和电渗法处理疏浚淤泥试验研究

真空预压联合电渗法常用于疏浚淤泥地基处理,但存在排水板淤堵及电极腐蚀严重、能耗大等问题,导致该方法在实际应用中受限。提出利用真空预压-逐级加能动力压实联合电渗法,克服传统联合法的缺陷,通过5组室内模型对比试验,采用孔压消散比PPDR确定动力压实启动时间,研究最优动力压实启动时间点。试验过程中监测土体的孔隙水压力、排水量、土表沉降和电流强度,在试验前后测量土体含水率、十字板剪切强度及阳极腐蚀量。结果表明：与真空预压联合电渗法相比,在真空预压阶段启动动力压实可使淤堵土柱开裂,有效提高真空预压的排水效率;动力压实后土体表面裂缝减少,更加平整,电渗固结过程产生的阳极腐蚀量和能耗降低;在PPDR为70%时启动动力压实,土体的排水量最大,土表沉降增幅最大,处理后的十字板剪切强度达到65 kPa,获得了更好的处理效果。     

电极材料对电渗过程作用机理的试验研究

分别采用铁、石墨、铜和铝电极开展室内电渗试验,从宏观和微观层面对试验结果进行了分析,比较了电势损失和离子迁移过程对电渗效果的贡献,并基于微观机理对电渗宏观规律作出了合理解释,其结论为:Fe2+和Cu2+迁移能力较差,大多聚集在阳极附近无法移动,Al 3+迁移能力较强,在电场作用下易运移到阴极随水排出;电极材料通过电极反应生成离子进入土壤对电渗的促进甚小,其主要作用在于通过电极腐蚀、钝化、氧化以及电极与土体部分脱离引起电势损失,这是不同电极材料电渗效果差异的根本原因,同时也表明电渗排水依赖于土壤中其他离子类型;电能利用率与土体本身性质息息相关,受电极材料影响不大.该研究可进一步揭示电渗机理,为电渗法的工程应用提供指导.     

堆载–电渗联合作用下双层地基1维固结解析解

实际地基处理中,电渗与堆载预压常常联合使用。为了解决目前综合考虑堆载和电渗作用的成层地基固结解答理论的不足,假定土体中的渗透流速可由水力坡降引起的渗透流速与电势差引起渗透流速的进行叠加,建立考虑堆载和电渗联合作用的双层地基1维固结方程;利用特征函数法获得瞬时堆载和线性堆载下双层地基1维电渗固结解析解;通过与现有解析解和电渗固结试验结果对比,验证了本文解答的可靠性。基于该解答,详细讨论了土层参数及荷载参数对双层地基固结特性的影响。结果表明：当下层土的渗透性高于上层土的渗透性时,由于电渗作用导致地基中间土层在固结初期流入的水量大于流出的水量,造成超静孔隙水压力在固结初期上升及有效应力在固结初期下降的现象;降低下层土的压缩性能够提高双层地基的沉降速率和超静孔隙水压力消散速率;与单纯电渗固结相比,电渗联合堆载作用不仅能提高地基沉降速率,还能提高固结后的地基强度,更有利于减小工后沉降和加快地基处理速率。     

堆载-电渗联合作用下双层地基一维固结解析解

实际地基处理中,电渗与堆载预压常常联合使用。然而目前综合考虑堆载和电渗作用的成层地基固结解答较为鲜见。针对现有理论的不足,基于Zhao提出的双层地基中水力渗透系数与电渗渗透系数的关系假定,建立考虑堆载和电渗联合作用的双层地基一维固结方程。利用特征函数法获得瞬时堆载和线性堆载下双层地基一维电渗固结解析解。通过与现有解析解和电渗固结试验结果对比,验证了本文解答的可靠性。基于该解答,详细讨论了土层参数及荷载参数对双层地基固结特性的影响。结果表明：当下层土的渗透性高于上层土的渗透性时,由于电渗作用导致地基中间土层在固结初期流入的水量大于流出的水量,造成超静孔隙水压力在固结初期上升及有效应力在固结初期下降的现象;降低下层土的压缩性能够提高双层地基的沉降速率和超静孔隙水压力消散速率;与单纯电渗固结相比,电渗联合堆载作用不仅能提高地基沉降速率,还能提高固结后的地基强度,更有利于减小工后沉降和加快地基处理速率。     

阳极-中间孔注浆时序对电化学加固影响的试验研究

为研究阳极-中间孔联合注浆时,不同注浆时序注入CaCl₂溶液对电化学加固效果的影响,开展了阳极-中间孔同时注入（S1）、间隔5 h注入（S2）和间隔12.5 h注入CaCl₂溶液（S3）的三组试验。通过监测排水量、电流、土体沉降和处理后土体的贯入阻力等指标,对三组试验进行对比分析。研究结果表明：阳极-中间孔联合注浆可以促进上、下半区域处理效果的均一性,推迟中间孔注浆的时间有利于提高总排水量;不同时段在中间孔注浆促进了下半区域的固结沉降,三组试验中,S2试验各点最终沉降相较于S1、S3试验更均匀。试验结束后,S2和S3组上、下半区域的贯入阻力分布范围明显大于S1组,较早在中间孔注浆,不利于上、下半区域的加固。     

基坑底部土体满堂加固模型试验与数值模拟研究

为探究基坑底部土体满堂加固对基坑变形和内力的影响,采用室内模型试验方法,研究了基坑底部土体满堂加固对基坑周围地表沉降、冠梁侧向位移、桩身弯矩以及桩后土压力变化的影响。运用ABAQUS有限元软件对模型试验进行数值模拟,将试验数据与数值计算结果进行对比,并分析了加固土体的水泥掺入比和加固深度对基坑变形的影响。结果表明：满堂加固对降低基坑底部隆起效果最为明显,对降低支护结构侧向位移较为明显,对减小地表沉降不明显;通过极差分析法得出,增加加固土体的弹性模量较增加加固深度对抑制支护桩侧向位移及坑底隆起更为有效;当水泥掺入比超过一定范围后,加固效果没有显著提升,建议在含水率为20%左右的软弱土层地区,水泥掺入比一般为5%~20%;土体的加固深度超过一定范围后,控制基坑变形的效果有所提高,但不明显,建议土体加固深度取0.4~0.45倍基坑深度。     

Industrial Flow Designing of Dried Mud Drainage for Flush Fluid in Pingguo Aluminum

Because there are plenty of clay particles in the flush fluid of Pingguo Aluminum Mine, the consolidation technology in geotechnical engineering was adopted to carry out the disassociation of water and soil disassociation. In this method, vacuum method, electro-osmosis and chemical flocculation were used comprehensively to separate soil from flush fluid. The experiments of the method of “vacuum ＋ electro-osmosis” for drainage was made. After pretreating the flush fluid, suction pressure was offered by the sand well in the bottom and electro-osmosis was used to drain off water. The results of the experiment show that the good effect can be obtained in drainage when the electric gradient is greater than 8.3 V/cm and the quantity of sand well is more than 6. In industrial production, it is necessary to increase the quantity of sand well, to arrange the electrodes rationally and to set up an intermittent electric circuit. On the basis of the experiments, the industrial feasible flow was put forward. It may be a helpful attempt to apply consolidation technology to the fields of the environmental protection and so on.     

土遗址裂隙加固桩-浆协同效果与机制研究

研究表明以生石灰为掺料的浆液与土遗址兼容性良好,并且发现在此浆液中添加微型石灰桩能够更好消除浆-土界面的干缩分异的现象。为探究桩-浆协同作用下裂隙的加固效果与机制,通过开展单独注浆工艺和宽径比（裂隙宽度与石灰桩直径的比值）为1.5、2.0、2.5和3.0桩-浆协同工艺下室内遗址土裂隙注浆实验。浆液养护63天后,首先对裂隙两侧等距土体的宏观性质指标（贯入阻力、密度、液塑限和颗粒组成）进行测试;而后通过扫描电子显微镜、比表面积（SSA）和阳离子交换量（CEC）,以及基于孔隙率变化建立的强化变量对裂隙注浆后加固效果进行定性和定量联合分析。结果表明：桩-浆协同作用下宽径比小于2.5时对裂隙的加固效果均优于单独注浆条件,宽径比为2.0时效果最佳;宽径比大于3.0时加固效果弱于单独注浆条件。而结果所反映的本质是分属于石灰桩和浆液的膨胀和离子迁移对裂隙两侧土体的挤密和团聚作用不是简单的线性叠加,而是当宽径比超过2.0时出现浆液对石灰桩的挤密和团聚作用产生明显抑制反馈。     

交流干扰和阴保作用下辅助阳极电化学行为研究

研究了交流电流密度和阴极保护共同作用下的辅助阳极腐蚀行为。首先,通过浸泡实验分析了阴保和交流电流密度单独和共同作用时的腐蚀速率和腐蚀图像,确定了其腐蚀过程;其次,通过电化学测试分析了不同条件下辅助阳极的电化学行为,并根据其腐蚀动力学参数的变化表征了不同条件下辅助阳极的腐蚀行为。结果表明,较小交流电流密度下形成的腐蚀产物层覆盖在辅助阳极表面减缓了腐蚀的发生,而较大交流电流密度能够击穿腐蚀产物层活化腐蚀反应;阴保电流从内部使腐蚀产物层处于不断的破坏和生成过程中,进一步促进腐蚀反应的发生;浸泡实验结果与电化学测试结果呈现较好的一致性。