电渗联合化学溶液加固淤泥质软土试验研究

采用自制室内试验装置,研究电渗联合化学溶液对淤泥质软土的排水固结效果。通过对比分析电流值、电渗排水量、抗剪强度和微观结构等方面的差异,进一步揭示了不同化学溶液对电渗固结效果的影响机理。试验结果表明:化学溶液的加入可以促进电渗排水,而小原子量、低价态离子的促进效果更为显著,在本次试验中Na⁺>Ca²⁺>Al³⁺;运动到阴极附近的Ca²⁺、Al³⁺离子可以参与反应生成胶结物质,增强了土颗粒间的黏结力,提高了阴极土体的抗剪强度,其中以Ca²⁺离子增强效果最明显,土体抗剪强度提高了3.5倍;而化学溶液的加入则会加速电极腐蚀和土体的酸碱化。     

CaCl_2溶液起始注入时间对电化学加固效果影响试验

利用CaCl_2溶液进行电化学加固是一种具有较好应用前景的地基加固方法。为了分析CaCl_2溶液起始注入时间对电化学加固效果的影响,开展了电渗初始时刻(T1)和电渗排水稳定时刻注入CaCl_2溶液(T2)的两组试验。结果表明:CaCl_2溶液注入可增大土体电导率,减小阳极与土体间的电势损失,但阴极与土体间的电势损失却随着电渗持续增大。T1对应的阳极附近土体电导率更均匀,导致作用在该区域土体中的电势梯度减小,电渗排水效果减弱。CaCl_2溶液起始注入时间对最终排水量的影响较小,但T1对应的固结时间较T2明显缩短。试验结束后,T1对应的阳极附近土体含水率高于阴极,且阴极附近土体强度明显高于阳极,与电渗排水稳定时刻注入所对应的情况相反。注入CaCl_2溶液后,能耗随电渗排水量呈非线性递增趋势,在电渗后期能耗增大显著。此外,相同排水量下T1对应的能耗较T2明显增大。     

电势梯度对海相淤泥电渗试验的影响

基于自制的固结装置研究了电势梯度对海相淤泥电渗试验的影响。通过试验过程中的电流、电势和排水量的测试结果及加固前后土体含水率和抗剪强度的变化,得出以下结论:有效电势随电渗过程逐渐降低,且电势梯度越大,降低的速率越大;电势梯度会明显影响土体的电流和排水量,较高电势梯度下排水速率较大、电流衰减较快,最终的排水量也增多;随电势梯度增加,土体含水率下降更明显、强度增高的幅度更大,因此海相淤泥加固效果更好,但同时会导致平均能耗变大和阳极腐蚀量增加;电渗加固海相淤泥效果较好,但电渗处理前应根据工期和成本共同确定电势梯度。更多还原     

基于电渗法的新近吹填土快速结壳试验

针对新近吹填土地基承载力低,无法满足机械进场施工的问题,基于电渗固结阳极区域土体固结快的特点,设计了一种新近吹填土快速结壳电渗电极,采用该电极分别开展了电渗、真空不同联合方式的室内试验,对比分析了排水量、电渗能耗、最终含水率、抗剪强度及承载力等土性参数指标。结果表明:采用该电渗电极处理后的吹填土含水率降低31.0%～61.4%,土体表层承载力最高可达192 kPa;单纯电渗处理后土层抗剪强度沿深度衰减,电渗-真空联合作用下土层抗剪强度更高且分布均匀;设计的电渗电极可实现高含水率新近吹填土浅表层快速加固。     

活性炭处理电渗过程中阳极产生的裂缝试验研究

在自制的模型箱里进行两组电渗排水试验,第一组试验（T1）用于探究电渗过程中在阳极和阴极附近产生的裂缝对电渗结果的影响程度,通过对比两极裂缝处消耗的电势降、电能及电阻值,得出阳极裂缝对电渗的影响明显强于阴极裂缝;在此基础之上,第二组试验（T2）用导电性良好的活性炭粉末对阳极裂缝进行了预处理,通过对比T1与T2在阳极附近消耗电势降、电能耗、试验排水量及土体最终含水率,探究对阳极裂缝处理的可行性,得出阳极裂缝处理的初步结论,即用活性炭对阳极裂缝进行初步处理有利于电渗过程中水体的排出,在较短的试验时间内,加入活性炭的土体阳极耗能大于裂缝消耗的电能。     

Cu2+污染红黏土抗剪强度与电阻率关系研究

为了探索快速评价重金属污染红黏土强度特性的新型手段,在室内开展不同浓度、不同干密度的Cu²⁺污染红黏土的直剪试验及其电阻同步测试试验,得到土体剪应力、电阻率-剪切位移同步变化曲线;分析初始干密度、垂直压力、Cu²⁺浓度对抗剪强度、电阻率的影响;依照抗剪强度指标(C、φ)原理选取电阻率指标(ρ₀、φ₀),并分析Cu²⁺浓度对抗剪强度指标(C、φ)、电阻率指标(ρ₀、φ₀)的影响;以Cu²⁺浓度为中间变量,进一步探讨抗剪强度与破坏电阻率、抗剪强度指标(C、φ)与电阻率指标(ρ₀、φ₀)之间的定量关系。试验结果表明:Cu²⁺污染红黏土剪应力-位移曲线呈典型的应变硬化型,电阻率随剪切位移的增大而减小;抗剪强度随初始干密度、垂直压力的增大近似线性增大,而电阻率随初始干密度、垂直压力的增大近似线性减小;抗剪强度及其指标(C、φ)、电阻率及其指标(ρ₀、φ₀)与Cu²⁺浓度间均呈负指数函数关系;抗剪强度与破坏电阻率、黏聚力与初始电阻率、内摩擦角与电阻率关系曲线倾角间的变化趋势一致,均呈现出较好的指数函数关系,可用于快速评价Cu²⁺污染红黏土强度特性变化。     

非金属电极在电渗排水中的应用

利用自制的非金属电极和金属铁电极分别进行四组室内软土电渗试验,探索非金属电极在电渗排水中的应用效果。通过电渗过程中电流、电渗排水量、排水速率、能量消耗、能耗系数的变化及对电渗前后土体的含水率的变化,得出以下结论：非金属电极在电渗排水中应用效果良好,土体含水率下降较大,并产生比较显著的沉降;非金属电极的电流衰减的较慢,能保证电渗排水的持续进行,最终的累积排水量大;采用非金属电极可提高电渗效率。通过该试验的研究探讨了电渗的有效性,指出了非金属电极的优越性,为电渗法的工程应用提供指导。     

通电方式对电渗加固软土影响试验研究

采用微型电渗试验装置,进行持续通电、逐级增加电压、逐级降低电压以及电流衰减增加电压四组室内模型试验,对比研究通电方式对电渗排水加固效果的影响,探索对电渗加固有利的通电方式。记录试验过程中排水量、电流、有效电势、排水速率等指标,检测试验结束后土体抗剪强度、含水率。试验结果表明:电流衰减时增加电压通电方式使电流保持较高水平,能排出较多的水,所得十字板抗剪强度最高,处理效果最好。其次是持续通电方式、逐级增加电压方式,逐级降低电压通电方式处理效果不理想;电势在阳极处损失较大,逐级增加电压以及电流衰减方式在处理的后期能保持较高的有效电势,相比持续通电方式有效电势高出约15%。因此采用电流衰减时增加电压能发挥较好的加固效果。     

电化学注浆加固软土效果的试验研究

利用自制的试验装置做了四组软土电化学试验,通过加入四种等量的不同溶液（水玻璃溶液、 氯化钙溶液、水及氯化钙联合水玻璃溶液）来探讨不同化学溶液对软土电化学改性固结的影响。通过对 试验过程中的电流、排水量、单位时间排水速率、能耗以及试验后不同龄期加固强度的分析,得出以下结 论:电化学双液注浆能够用较小能耗有效地提升土体的强度,并且随着龄期的增长,承载力不断提升;水 玻璃对阳极区域土体加固效果较好,而氯化钙对于阴极区域加固效果较好;电化学单位时间排水速率和 排水量不光与电流和土体含水率有关,还与土体的胶结程度有关。     

氯化钙溶液对红黏土渗透系数变化的影响

为探究CaCl₂溶液对红黏土渗透系数的影响，通过X射线衍射(XRD)试验、渗透试验、热分析试验和扫描电镜(SEM),对红黏土试样受不同浓度(0.0、0.1、0.3、0.5、1.0 mol/L)的CaCl₂溶液饱和后的渗透性进行了试验分析。结果表明：当孔隙溶液浓度从0.0 mol/L增加到0.5 mol/L时，红黏土的渗透系数先降低后升高；此后随着孔隙溶液浓度的增加，渗透系数呈下降趋势；利用热分析试验，得到红黏土在加入不同浓度CaCl₂溶液后强结合水的含量，其强结合水含量的变化与红黏土渗透系数的变化有着紧密的联系；利用扫描电镜(SEM)观测了不同浓度CaCl₂溶液下土样的微观结构，Ca²⁺增大了红黏土矿物结合水膜厚度，导致土的有效孔隙减少，从而降低了土体的渗透性。该研究成果可为红黏土作为隔离墙隔离污染物提供数据参考。     

真空预压联合导电排水板电渗法加固海相吹填土现场试验

为推动真空预压联合导电排水板电渗法在大规模吹填土地基加固中的应用,依托温州某海相淤泥吹填工程进行了真空预压联合导电排水板电渗法试验,并与真空预压联合金属电极电渗法和常规真空预压法进行了对比试验,对膜下真空度、地表沉降、电流电压变化进行了分析,着重分析了加固后地基承载力增长规律。试验结果表明:导电排水板可以取得与金属电极同等加固效果,导电排水板在电渗加固中具有一定的有效性和可行性,导电排水板的布置方式对加固效果也具有一定的影响;真空预压联合导电排水板电渗试验的地表沉降量超过常规真空预压法9%以上,地基承载力超过常规真空预压法21.4%,土体深层承载力也得到一定程度提高,加固效果显著。     

黄土中铜铅金属的电动迁移及强化去除机理研究

以人工配制的铜铅污染黄土为研究对象,使用性价比更高、二次污染风险更低的电动修复技术,研究污染黄土中铜铅金属离子迁移规律,分析电极材料、阳离子交换膜及酸预处理等单一强化方法对电动力学修复过程中电流、电渗流、pH、电导率、去除效率、离子赋存形态等的影响规律,揭示强化方法的电动修复机理,并在此基础上明确三者联用电动修复强化机理。结果表明：电动土工合成材料（EKG）电极比石墨电极具有更高的电流,同时能够快速释放较多的氢离子和氢氧根离子,在阳极附近提供了酸性环境促进了更多重金属离子的解吸和迁移,从而提高了修复效率,但阴极附近的沉淀导致去除效率较低;阳离子交换膜能够较好地调控阴极附近土壤的pH值,有益于金属离子的解吸,然而阳离子交换膜引起的浓度差极化作用,以及阳离子交换膜表面沉淀现象使电流和电渗流显著降低,限制了去除效率的提高;酸预处理能够降低污染黄土试样pH值,使黄土中黏土矿物、水合氧化物及有机质表面原始的负电荷减小甚至变为正电荷,有助于重金属提前解吸,显著提高电导率,从而提高电流和电渗流,与阳离子交换膜强化效果接近,是一种较为经济的强化手段;EKG电极、阳离子交换膜及酸预处理三者联用能够充分发挥各自的强化机制及优势,可提高电流且降低黄土pH值,避免重金属在阴极附近形成沉淀,促进重金属离子的解吸和迁移,强化电动修复去除效率。研究成果进一步证明了电动修复技术应用于去除黄土中铜铅金属污染的可行性及强化方法联用的有效性。     

黏土海床管道局部冲刷的模拟研究

基于黏土的流变特性,将黏土视为一种流体,用Herschel-Bulkley模型模拟,采用计算流体力学(CFD)软件Fluent建立二维管道冲刷模型,结合SST k-ω湍流模型以及VOF两相流模型对黏土海床上管道局部冲刷进行数值模拟研究。研究分析表明:海底管道的存在增加了海流对海床的剪切应力,随悬空高度增大,海床剪应力逐渐减小。管道冲刷深度主要受黏土的不排水抗剪强度和流场流速的影响,管道的局部冲刷深度随土体强度的增大而减小,屈服应力为150 Pa时其冲刷深度为0.63D,约为屈服应力为600 Pa时的2倍。管道的局部冲刷深度随流速的增大而增大,流速每增加0.2 m/s其管道下方的冲刷深度平均会增加0.16D。受管道对流场的扰动,管道下游的尾流冲刷深度对流场流速大小更为敏感。     

玄武岩残积土环剪试验研究

为准确了解土体大剪切位移下的力学特性,利用环剪仪对不同剪切方式、剪切速率下玄武岩残积土的峰值强度与残余强度进行研究,找到适合玄武岩残积土的剪切方式和剪切速率,并在此基础上分析干密度与含水率对峰值强度和残余强度的影响。试验结果表明:已经形成剪切面的试样,能很快达到残余强度状态,预剪与多级剪所得试验结果偏大,应选用单级剪;剪切速率对峰值强度影响较大,而对残余强度影响相对较小,剪切速率大的试样出现“漏水”与“挤土”现象,容易对结果造成偏差;随着干密度的增大,峰值强度增大,残余强度先减小后不变;含水率越大,峰值强度和残余强度越小,玄武岩残积土存在明显的遇水软化现象。研究结果可为玄武岩残积土坡的稳定性分析与灾害防治提供参考。     

土工织物加筋尾矿砂界面力学特性试验研究

为研究土工织物加筋尾矿砂界面力学特性,在不同的尾矿砂含水率、试验拉拔速率和竖向压强下开展一系列土工布及土工格栅的拉拔试验。比较相同条件下的土工格栅与土工布拉拔试验结果可知:土工布对细粒尾矿砂的加筋效果优于土工格栅的加筋效果,竖向压强较大时两者的拉拔力峰值差值增大;随尾矿砂含水率增加,界面剪应力峰值明显减小,界面剪应力峰值在含水率1.2%时比含水率8.4%时增加50%以上,表观黏聚力先增加后减小,在最优含水率附近时达到最大,界面摩擦角先快速减小后缓慢减小;随试验拉拔速率增加,界面剪应力峰值缓慢增加,表观黏聚力先增加后减小,界面摩擦角先减小后增加;各工况下剪应力峰值均随竖向压强的增大而增大。研究结果可为土工织物加筋尾矿坝工程设计提供参考。     

Electrochemical oxidation of ammonia-containing wastewater using Ti/RuO2-Pt electrode

The electrochemical oxidation degradation processes for artificial and actual wastewater containing ammonia were carried out with a Ti/RuO2-Pt anode and a Ti plate cathode. We studied the effects of different current densities, space sizes between the two electrodes, and amounts of added NaCl on ammonia-containing wastewater treatment. It was shown that, after a 30-min treatment under the optimal conditions, which were a current density of 20 Ma/cm2, a space size between the two electrodes of 1 cm, and an added amount of 0.5 g/L of NaCl, the COD concentration in municipal wastewater was 40 mg/L, a removal rate of 90%; and the NH3-N concentration was 7 mg/L, a removal rate of 88.3%. The effluent of municipal wastewater qualified for Class A of the Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plant (GB18918-2002).