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。     

关于废弃工程泥浆的水凝胶固结方法的研究

国内处治废弃工程泥浆的方法普遍效率较低、设备投入以及能耗较大,有必要寻求更高效、更经济的方法。通过利用阳离子瓜尔胶和硼砂形成的水凝胶网络结构对废弃工程泥浆进行处治。针对三江新区基础设施建设项目中存在的两种不同的废弃工程泥浆进行了水凝胶软固化试验。试验结果表明使用瓜尔胶—硼砂体系构建水凝胶能充分固化废弃工程泥浆,其固结物在环境作用下不溶解、不分散,有一定的环境耐受性。采用不同配比的水凝胶进行固化时,固结物的性状呈现出不同,针对同一性质的废弃工程泥浆有最佳的配比达到经济性最优化。     

电渗–真空联合作用下富水黄土的排水固结特性分析

以富水黄土隧道开挖前围岩的快速排水为目的,提出电渗联合真空的方法,并对其排水固结过程进行了理论分析和试验研究。基于多孔介质理论和非饱和土力学原理,建立非饱和土体在电渗–真空作用下电场–孔压场–位移场相互耦合的数学模型,利用有限单元法数值分析土体在电渗–真空作用下的排水固结规律,并结合室内模型试验进一步验证该方法在富水黄土快速排水中的应用效果。研究结果表明：电渗–真空联合作用可以有效的提高土体的排水效率,但当初始渗透率较大时,联合排水后期会出现“孔压反转”现象,这种现象会导致联合排水后期排水效率低下,揭示联合排水后期增大电压并不能有效提高排水效率的机制;电极间距主要对电渗–真空联合排水后期孔隙水压力的变化有较大影响,且阳极电势一定时,孔隙水压力不随电极间距成单调变化。     

泥水平衡盾构系统中废弃泥浆的减量化处理

通过对沉降剂种类、投加量、搅拌时间、搅拌速度的研究,针对不同种类的废弃泥浆确定了不同的减量化工艺,通过该工艺处理之后得出:粘土质废弃泥浆1含水率从81%降至64%,体积缩小为处理前的53%;砂质废弃泥浆2含水率从63.9%降至51.8%,体积缩小为处理前的75%;废弃砂质泥浆3含水率从89.4%降至67.9%,体积缩小为处理前的33%。     

对称及非对称形式下点状电极单元的二维电渗固结研究

针对同性电极间距较大时电渗固结模型的计算,依据电极排布形式提出点状电极单元的概念。基于点状电极单元模型,建立点状电极单元的二维电渗固结理论,采用Galerkin法进行控制方程的离散,给出电势场、孔压场控制方程的有限元形式;基于Python语言开发点状电极单元的二维电渗固结计算数值模块PyEcFem,并进行对称单元的二维效应数值研究以及非对称单元的电渗固结计算,同时进行试验验证。研究表明:(1)排水边界数量早期对排水速率起主要作用,电渗后期阳极数量对排水速率影响较大,非对称单元的排水效果以及负孔压幅值均要高于对称单元。(2)对称单元中,电极间距比能够描述同性边界上的电势跌落幅度,同性电极间距越小,二维效应系数越小,两者之间满足负指数关系。(3)非对称单元的电渗固结中,单元排水能力的限制会导致电渗初期阴极区产生孔隙水压力堆积现象,产生局部的正超孔隙水压力,该现象会影响负孔隙水压力的变化速率以及极值。     

电极距对水平电渗排水影响的试验研究

利用室内试验,研究了两种不同电极距对黏土的水平电渗排水规律的影响,从电渗排水量、排水速率、有效电势、能量消耗、阳(阴)极接触电阻方面等对黏土电渗特性进行对比分析。结果表明:减小电极距在一定时间内能够加快电渗排水速率,可以降低阳(阴)极接触电阻,减小电势损失;电渗排水速率与有效电势成正比,而单位耗能量与有效电势成反比。通过对这些规律的研究,有助于我们更好地认识和掌握黏性土水平电渗排水的规律,为解决富含水的黏性土边坡排水问题奠定基础。     

铁和铜电极对电渗效果影响的对比试验研究

对铁和铜电极的电渗效果进行了室内试验研究,通过监测排水量、电极处电势损失、含水率等分析比较了两者对电渗效果的影响,结果表明,铁电极在电渗中的表现优于铜电极。铜作为电渗阳极时,通电4～6 h后其电流有一迅速下降过程,同时阳极电势损失大幅增加。还开展了不同阴阳极材料组合对电渗效果影响程度的试验研究,研究发现阳极材料对电渗效果影响很大,相比之下阴极材料的影响较弱。最后从电化学角度对试验结果作了较为合理的解释。本文首次在电渗过程中发现电化学钝化现象,并指出电化学钝化将大幅降低电渗的效率,实际工程中应避免其发生。     

含盐量对软黏土电渗排水影响的试验研究

为了研究土体含盐量对软黏土电渗排水的影响,在自制的试验槽里进行室内一维试验,利用试验数据从排水量、排水速率、能量消耗、含水率和电化学反应等 5 方面对电渗性状进行对比分析。试验结果表明：含盐量对软黏土电渗性状有着明显影响,并存在最佳含盐量;较高的含盐量不利于电渗排水和含水率降低,而且会导致能量消耗、阳极腐蚀量和电渗后酸碱不平衡较大;能量消耗系数、阳极腐蚀百分比和排水速率与电流强度的比值这 3 者都与土体含盐量存在一定的定量关系。试验结果能为判别电渗的工程适宜性提供一定的参考依据。     

河道淤泥电渗-固化室内试验研究

为达到河道淤泥的排水减量和加固强度要求,缩短加固处理工期、降低综合处理成本,进行单一电渗、单一固化、模拟电渗-固化的室内对比试验,研究不同通电电流、不同固化剂掺入比、固化龄期等因素对宁波河道淤泥加固效果的影响。同时结合扫描电镜探究了加固土的微观特征变化,并进行加固机理分析。研究结果表明：采用较低的通电电流可降低综合处理成本、处理效果更均匀;固化剂掺入比在6%~10%的范围内,掺入比越高,电渗-固化联合处理相对于采用单一固化加固能够提升的强度幅度更明显;采用相同的固化剂掺入比,电渗-固化联合处理更有利于胶结物和水化产物的生成,电渗排水作用对固化土后期强度增长起到重要作用。     

新型导电塑料排水板及其双层水平布置电渗排水效果

针对当前电渗排水法存在阳极腐蚀严重,排水设备安装繁琐等问题,提出了一种新型导电塑料排水板。新型导电塑料排水板可以快速装配形成单层或多层水平电渗排水系统,省时省力的同时还解决了电渗过程中的电极腐蚀问题和电渗后期电极与淤泥的脱开问题。以安徽阜阳市骆家沟清淤工程所产生的高含水率疏浚淤泥为研究对象,采用导电塑料排水板进行双层水平电渗脱水模型试验。试验结果表明：该导电塑料排水板的电渗排水性能优良,且双层布置能获得更好的电渗效果。     

电渗法加固软土地基研究现状及展望

电渗固结法可以短时高效地提高地基承载力,且不会产生地基失稳现象,是针对软土地基应用前景较好的地基处理方法。结合国内外研究现状,简要介绍了电渗法的加固机理,着重分析了电势梯度、通电方式、电极材料与布置形式、土壤含水量、含盐量及p H值等因素对于电渗固结过程的影响。综述了电渗法的试验研究与数值模拟研究进展。基于目前电渗法国内外研究现状,指出电渗法存在的问题,并对其未来发展进行了展望。     

外荷载和电压耦合作用下吹填土固结试验研究

通过联合使用电渗固结与预压排水技术进行电渗试验,分析怎样改善吹填土的排水固结效果。对于不同含水量的吹填土试样,同时施加12.5 kPa～400 kPa的外荷载和2.5 V,5.0 V,7.5 V的外电压,研究外荷载和电压的耦合作用下吹填土含水量的变化规律。通过试验研究表明:仅有外荷载作用下,吹填土含水率变化缓慢,当在耦合作用下,吹填土含水率变化明显,能够大大提高吹填土的排水速度,提高抗剪强度;在耦合作用下,有利于加快吹填土后期沉降速率。     

混合电源输出方式下的一维电渗试验研究

利用改进的一维电渗固结试验装置对饱和软黏土进行电渗试验,通过监测电渗过程中的电流、电压、电势、排水量、电渗前后的含水率和抗剪强度,利用电渗透系数、电迁移系数、能耗系数来研究不同电源输出方式下的电渗排水状况。试验结果表明:相比于稳压输出方式,压流模式下的累积排水量更小且排水速率更慢,有效电势利用率变化幅度略小,电渗透系数和电迁移系数衰减得更快,含水率的总下降值和归一化抗剪强度略大;相比于稳流输出方式,流压模式下的累积排水量更大且排水速率更快,有效电势利用率变化幅度更小,电渗透系数和电迁移系数衰减得更慢,含水率总下降值和归一化抗剪强度更大。通过对不同电源输出方式下能耗系数递增速度的对比,得出流压模式下电渗工况更经济合理。     

基于下加载面概念的饱和黏土温度–应力耦合弹塑性模型

温度对黏土力学特性具有重要影响,温度变化将引起黏土的体积变形发生变化,并对其前期固结应力、剪切强度、弹性模量等具有重要影响。基于黏土"热陷"特性,引入热屈服面以描述不同超固结比的黏土在温度升高时所产生的塑性变形,并进一步开展以下工作:(1)建立考虑温度影响的下加载面模型,由于保留了下加载面模型对超固结黏土应力–应变特性优异的描述能力,并考虑了温度对黏土的2种作用(即温度使超固结黏土的超固结比降低和温度塑性应变对屈服面的硬化效应),该模型可以描述温度变化对不同黏土力学特性的复杂影响;(2)证明了所提出的模型严格满足热力学第一、第二定律;(3)采用该模型模拟Pontida clay和MC clay在不同压力下的排水加热试验和在不同温度下的三轴排水/不排水试验,模拟结果与试验结果对比分析表明,模型能合理地描述不同超固结比的黏土在温度变化时产生的体积变形以及温度对黏土强度的影响等。     

钻孔灌注桩废弃泥浆循环利用试验研究

针对钻孔灌注桩施工产生的废弃泥浆,以水泥作为固化材料,在水泥掺入量不同的条件下将固化后的泥浆制成边长为100 mm的标准立方体试块进行无侧限抗压强度试验,对比分析了不同掺入比情况下水泥基固化废弃泥浆的强度发展变化情况。试验结果表明:水泥固化后的泥浆具有一定的强度,可做基础垫层使用,也可作为一种处理废弃泥浆的方法。     

电动土工合成材料加固软土地基实验研究

本文用电动土工合成材料(EKG)与土工织物制成电极进行了室内软土地基电渗固结模型试验,测量了电渗过程中电势分布、电流变化、吸力的变化及土体的沉降,对电渗前后土体的含水率、抗剪强度和固结曲线进行了对比,并探讨了电渗的有效性。就目前EKG材料存在的问题进行了思考,为下一步的改进给出了建议。     

钻孔灌注桩泥浆固化填料化利用技术研究

钻孔灌注桩在施工过程中产生大量的废弃泥浆,这些泥浆含水量高(100%),流动性大,通常做法是异地废弃堆置,造成了环境污染和经济浪费。针对泥浆这种高含水率、就地处理难度大的特点,使用ALLU强力搅拌固化设备对其进行就地固化处理成为良好的路基填料,并对现场处理好的泥浆进行一系列的力学特性研究。     

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。     

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。     

污泥热干燥粘结的特征和影响因素

污泥热干燥过程中在干燥设备内部表面的粘结是影响干燥设备性能的重要因素。通过热干燥模拟实验,分析了污泥含水率、加热温度、加热方式、加热界面性质等因素对污泥粘结的影响。结果表明,含水率是影响污泥粘结最主要的因素,污泥含水率较高时,粘结量较少,随着污泥干燥程度增加,含水率降低,粘结量逐渐增加,当含水率达到60%左右时粘结量达到最大,之后转而减少;加热温度不超过120 ℃时,温度对污泥粘结的影响不明显,加热温度高于120 ℃时,污泥粘结量随温度升高而显著增加;传导加热方式比对流加热方式更易导致污泥粘结;加热接触界面的表面粗糙度越大则污泥粘结量越大。