电渗处理软基的电极转换规律试验研究

电渗处理软基过程中,为探寻电极转换周期规律,运用耐腐蚀的新型EKG电渗排水板分别进行了等时间周期、等排水量的电极转换试验。前者以单元土体为模型,通过观测电流、排水量随电极转换产生的变化以及数据分析,证明了等时间周期的电极转换不利于电渗排水;而后一组平行试验是以长方形土体为一维模型,控制等排水量以进行电极转换,记录电极转换时间以及周期并将数据进行数值拟合,揭示出一种呈指数函数的拟合曲线,并且运用铁作为电极材料也能得到理想的电极转换周期规律和相近的排水效果,但铁耐腐蚀性能较差,不可长期使用。最后将电极转换与常规电渗试验所得土体含水率和电导率分布示意图进行对比,证实了EKG电渗排水板进行等排水量的电极转换试验能获得处理均匀的土体,为EKG材料代替铁在电渗领域的运用提供可靠的试验依据。     

考虑饱和度变化的一维电渗固结模型

现有电渗固结理论和数值模型通常基于饱和土假设,与实际情况有差距。基于分段线性差分法,建立一种考虑饱和度变化的一维电渗固结模型UEC1。该模型考虑了土体电渗固结过程中饱和度的变化及土性参数的非线性关系,并编制了FORTRAN计算程序。UEC1在考虑饱和度变化情况下的计算结果与实测结果吻合。结合算例,给出了考虑饱和度变化情况下的电渗固结数值解,分析了固结过程中孔隙水压、孔隙气压、饱和度及沉降量随时间的变化规律,其中残余饱和度对土体电渗固结沉降量的影响显著。     

分段线性差分一维大变形电渗固结模型

经典固结理论假设土体的物理、力学和电学特性均匀稳定,给出的解答往往忽略实际电渗固结中土体属性的动态变化。本文采用欧拉坐标系,建立一种分段线性一维大变形电渗固结模型ECS1。该模型考虑土体孔隙比、渗透、电势随固结进程的非线性变化,可分析电渗过程中土体超静孔隙水压力、沉降与固结、电势以及电阻的动态变化。通过算例验证及阐述该模型的特点,结合算例,给出了非线性大变形情况下的电渗固结数值解,求解或分析的对象包括渗流量、沉降量与固结度、孔压与电势分布,以及不同电势梯度对固结的影响。     

电渗排水固结的设计理论和方法

探讨了电渗法处理大面积深厚软土地基的若干问题,包括:电极材料、能耗、电源功率、设计理论和方法。EKG材料的出现解决了电极腐蚀和电渗能耗过高的问题,现在电渗法在大面积应用中面临的是电源功率要求过高的问题,该问题可以通过轮询通电的方法解决。依据电渗能级梯度理论提出了电渗排水固结的设计方法。时间因子和流量系数是电渗设计方法中的两个关键参数,其中流量系数具有较明显的模型尺寸效应,设计时需要进行修正。     

电渗法加固软土地基试验研究

 在自制的电渗固结装置上,进行轴对称工况软黏土不同初始条件及通电条件下的电渗试验。通过监测电渗过程中的电流、电势、排水量、抗剪强度、含水率和沉降,对比分析不同条件下的土体电渗固结性状,并得出以下结论：(1) 电渗法对软黏土地基处理效果良好,可达到减少土体含水率、提高土体抗剪强度、减小土体工后沉降等目的;(2) 高电压及高含水率土体的电渗效果好于低电压及低含水率的土体;(3) 含水率及电压相同条件下,间歇通电时的土体电能利用率较高,且电渗后土体的整体差异性较小;(4) 电渗也会造成一定的电极腐蚀,低电压及间歇通电条件下,电极的腐蚀相对较小。     

电渗热固结处理顶管废弃泥浆的减量化研究

针对顶管废弃泥浆渗透性差、含水率高、承载力低等特点,采用电渗热固结法对其进行减量化研究,并探究不同温度条件下电渗热固结的处理效果。选取EKG电极板作为电极,分析在40℃、60℃、80℃等不同加热温度下,泥浆固化过程中的排水量、排水速率、温度、电流等参数的变化趋势,对比电渗热固结前后泥浆的物理力学特性变化。结果表明：电渗热固结能够有效促进泥浆的排水,提高固结效率,降低含水率,增强固化泥浆的承载力和抗剪强度;在其加热到一定程度时,裂缝进展过快,泥浆导电性减弱,加热效率降低,且加热的温度越高,加热效率越低;电渗热固结对顶管废弃泥浆减量化应用具有一定的有效性与可行性。本文的研究成果可为其实际工程应用提供借鉴与参考。     

淤泥质黏土排水固结的电化学试验研究

本文采用自制的电渗试验装置,对广州南沙区淤泥质黏土进行室内电渗试验,探讨阳极添加氯化钙溶液对电渗加固软土效果的影响。通过监测4组电渗试验过程中电流值、排水量和沉降量的变化,测试电渗后土体的抗剪强度和微观结构差异,进而评估氯化钙下不同浓度的土体电渗固结效果,得出以下结论：在阳极添加氯化钙溶液可以增强土体电导率,提高土体电渗排水量;电场作用下Ca²⁺离子与OH-离子反应生成胶结物质,从而使阴极附近土体抗剪强度显著增大;氯化钙的加入改变了土颗粒接触方式,土体微观结构更加紧密,粒间孔隙显著降低;氯化钙对土体电渗加固效果的提升存在一个限值,本次试验为12.0%左右,超过此限值后,氯化钙的存在反而不利于淤泥质黏土的电渗排水。     

考虑电导率变化的电渗固结模型

电渗是一种有效的软基加固技术。电渗过程中,随着土体的排水固结,其电导率会发生明显的变化。利用自行开发的轴对称电渗试验仪开展室内电渗试验,分析电渗过程中土体电导率的变化规律。同时考虑土体电导率的非线性变化特征,发展渗流场与应力应变场耦合的电渗数值分析模型。研究表明：电渗过程中土体内电势分布和电势梯度均会发生变化,考虑电导率变化的数值模型计算结果与试验结果更加接近。数值模拟结果表明电渗处理过程中阳极处沉降最大而阴极处沉降最小;室内试验时,由于阳极处边壁的约束作用,最大沉降则发生在靠近阳极的位置。     

外荷载随时间变化下考虑起始电势梯度的一维电渗固结解析解

将起始电势梯度的概念引入电渗固结理论，基于相关假定建立了外荷载随时间变化下考虑有效电势衰减的一维电渗固结控制方程，利用变量代换和分离变量法获得了电渗固结通解，并给出了常见加荷形式下解析解的表达式。将退化解与已有解析解进行比较，并将所提解与有限差分解展开对比，验证了所提解答正确性。基于所提解析解，分析了相关参数对软土地基电渗固结特性的影响。结果表明：起始电势梯度的存在降低了超孔隙水压力绝对值和沉降量；水力渗透系数的减小有利电渗排水固结过程的进行，且电渗透系数与水力渗透系数比值越大，沉降量越大、电渗排水固结效果越好；当采用电渗联合堆载预压法加固时，电渗作用可降低因外荷载引起的正超孔隙水压力的最大值，提高固结排水时土体的稳定性。     

板土交界处裂隙发育与化学注浆时间对一维电渗固结的影响

通过一维电渗固结试验,研究了板土交界处裂缝(板土脱开)与注浆时间对软土电渗固结过程的影响。采用紧序注入CaCl_2溶液和Na_2SiO_3溶液的方式,进行注浆时间对照试验。基于沉淀或胶体和离子对电渗固结的综合效应,研究了电流、排水量、土样含水量与抗剪强度、裂缝与体缩,以及电渗能耗等随注浆时间的变化规律。结果表明:板土交界处裂隙(板土脱开)总是先于其他土体裂缝产生,板土脱开导致电流值的急剧减小是造成电渗效果下降的主要原因;一维电渗固结过程中存在板土交界处裂隙发展旺盛时间tcr,以tcr为表征指标确定最佳注浆时间,可达到最佳的电渗效益。为防止在土体中出现明显的含水量突变现象,应尽可能避免在1/3tcr时刻前注浆,在2/3tcr时刻注浆能够实现最佳电渗固结效果。     

Electrically conductive geosynthetics for consolidation and reinforced soil

The concept of electrically conductive geosynthetics (EKG) materials has recently been introduced. These materials extend the traditional functions of geosynthetic materials by incorporating electro-kinetic phenomena. Electro-kinetic geosynthetics offer technical benefits over conventional electrodes in that they can be formed as strips, sheets, blankets or three-dimensional structures. They are light and easy to install and can be structured so as not to be susceptible to electro-chemical corrosion, whilst continuing to provide conventional functions of filtration, drainage, separation, reinforcement or to act as impervious membranes. This paper describes initial laboratory tests on different types of EKG materials which can be used as combined electrodes/drains in electro-osmotic consolidation and as conductive geosynthetic reinforcement used to improve and reinforced weak cohesive soil. Results of the consolidation tests showed that the EKG electrodes were as efficient as a copper electrode and that the filtration and drainage characteristics did not deteriorate under electro-osmotic conditions. Results of the reinforced soil tests showed that EKG reinforcement can be used to increase the undrained shear strength of cohesive fill and that reinforcement/soil bond increases in proportion to the increase in shear strength.     

电动土工合成材料用于固结和加筋设计

简要介绍了电动土工合成材料的织造及其应用于固结和加筋土的工程特性 ,并重点详述了这一应用的设计方法     

Laboratory tests of electro-osmotic consolidation combined with vacuum preloading on kaolinite using electrokinetic geosynthetics

Laboratory tests were conducted on kaolinite to investigate the effectiveness of electro-osmotic consolidation combined with vacuum preloading using electrokinetic geosynthetics (EKG). The results showed that the combined method could remove more water and induce larger surface ground settlements compared with the traditional vacuum preloading or electro-osmotic consolidation. Vacuum preloading was quite effective during the first 4?h, though the electro-osmotic consolidation took a main role in dewatering process after 9?h. The combined method could also hinder the development of cracks, induce higher negative pore water pressure and hence increase the efficiency of electro-osmotic consolidation. The results showed that deep electro-osmotic consolidation technique combined with vacuum preloading could result in significant water removal efficiency along with shorter electrode length. Furthermore, both electro-osmotic consolidation and the combined method could consolidate the soil efficiently with low energy consumption.     

Large scale soft ground consolidation using electrokinetic geosynthetics

Field test of electro-osmotic consolidation with area of 800 square meters was carried out using electrokinetic geosynthetics (EKG). By introducing this field test, new concepts and solutions of difficulties in large scale application of electro-osmosis is introduced. Strategies of building smart DC power source to meet the large current intensity requirement of electro-osmosis are introduced. Roll polling program is a key program for the control system of smart DC power source. It reduces the requirement of current intensity to 1/3; it also decreases the energy consumption to less than 1 kW·h/m³. Design method for electro-osmotic consolidation is demonstrated while designing a field test. It is based on the energy level gradient theory. Design includes power estimation, wires and cables configuration, treatment time estimation and settlement estimation. The field test show that large scale application of electro-osmotic consolidation is feasible with acceptable power requirement and energy consumption. Electro-osmosis can accelerate consolidation and achieve better consolidation effect.     

软土次固结系数的试验研究

对原状软土做了大量的分级加载室内一维次固结试验,通过对软土次固结变形的试验分析,得出原状软土的次固结系数以及主、次固结分界点的变形时间,根据试验结果得到原状土的次固结系数与固结压力及固结比之间的关系,用最小二乘法拟合出次固结系数与固结比之间的经验关系表达式。     

强夯法在处理地基中的应用分析

分析了强夯法处理地基的作用机理、强夯处理土体强度增长过程等,分析了影响加固深度的主要因素及强夯施工中应注意的几个问题,从而对强夯法加固地基的作用机理和应用过程有了系统的认识,推广了强夯法在工程中的实施。     

线性堆载下软黏土一维电渗固结理论与试验分析

 考虑线性堆载下水流和电流的相互作用以及孔隙水压力的消散情况,通过将单向渗流固结过程的普遍方程推广到电渗领域,建立线性堆载下软黏土一维电渗固结方程,并给出阴极排水、阳极不排水和阴阳极都排水2种情况下孔隙水压力和平均固结度的解析解。通过参数和试验分析,研究最大堆载和加载速率对孔隙水压力消散的影响,以及电压对理论固结度和试验固结度的影响,绘制不同最大堆载和加载速率时,单面排水和双面排水下孔隙水压力消散曲线、不同电压下理论固结度和试验固结度变化曲线。结果表明：最大堆载和加载速率越大,孔隙水压力消散得越快,同时最大堆载和加载速率对双面排水的影响要比对单面排水的更大;电源电压越大,理论固结度和试验固结度的增长速度都越快,在相同时间段内试验固结度的变化幅度小于理论固结度的变化幅度。     

荷载对软土次固结影响的试验研究

现有计算软土次固结变形的常用方法是不考虑荷载对其影响的。大量的试验表明荷载对次固结有较明显的影响。本文对次固结变形与荷载的关系进行了较详细的探讨,并着重研究了正常固结土的次固结特性,且对其规律进行了总结和分析。结果表明:对超固结土,次压缩系数随荷载增大而增大;对正常固结土,次压缩系数随荷载增大而减小。在此基础上提出了正常固结土次固结沉降量随固结压力变化的计算方法。     

预夯和降低地下水位对强夯效果的研究

根据某机场扩建工程中强夯地基加固试验区的试验结果 ,分析降低地下水位和预夯措施对加固效果的影响 ,研究这些措施的作用和强夯加固软弱地基土的机理。试验研究表明 :降低地下水位和预夯措施均有助于提高强夯对地基土的加固效果 ;饱和黏性土强夯加固的核心是为超孔压提供排水通道 ,其机理是动力固结     

长江口软土的次固结特性试验研究及应用

对长江口淤泥质软土进行一系列固结实验,研究了荷载、超固结比、土性指标等对软土次固结系数的影响,得出了该区域软土的次固结特性及不同土层的次固结系数。试验结果表明:次固结系数与荷载有关,且随着荷载的增大先增大后减小,最后趋于平稳;次固结系数与最大固结压力有关,且随着超固结比的增大而减小;次固结系数与压缩指数的比值近似为常数0.031;次固结系数与初始孔隙比及初始含水率呈线性关系。提出了一种考虑主次固结同时发生的沉降计算方法,并通过所得次固结系数对横沙围堤进行了沉降预测,与现场监测吻合较好。所提出的计算方法更符合工程实际需要,具有很好的实用价值。试验所得的相关参数及结论对研究长江口软土特性及后期工程的沉降预测具有一定参考意义。