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。     

软黏土二维电渗固结性状的试验研究

 利用自制的试验装置,进行轴对称条件下的饱和软黏土电渗固结试验,通过测量电渗过程中的电势、电流和排出的水量以及电渗结束后土体的沉降量和含水率分布,从电渗机制和能量消耗的角度研究土体的性状。结果表明：(1) 土体中的电势不仅与到阴极的距离有关,而且与通电时间有关。轴对称条件下电势以折线形式分布,折点在阴极附近。(2) 土体中的电场强度并不是不变的,当忽略界面电阻的影响时,它随电渗时间线性减小。(3) 在电渗的后期,土体电阻率和能量消耗急剧增加,并且存在突变点。试验证明,可以通过能耗系数曲线来控制电渗时间,减少能量消耗,提高电渗效益。     

阳极跟进作用下软黏土电渗固结室内试验研究

在等电势梯度的前提下,针对电渗法加固软黏土地基提出了阳极跟进技术,设计了8组电渗对比试验,对不同阳极跟进方案作用下电渗试验的电流、抗剪强度、排水量、含水率、pH值和土体电导率等指标进行了监测,分析了不同方案下的电渗加固效果。试验结果表明:采用阳极跟进技术时,第1次阳极跟进作用效果最为显著;在电流密度处于高位时进行阳极跟进会在一定程度上降低电渗效率,在电流密度处于低位时进行阳极跟进能够促进电渗作用;针对阴极区土体开展阳极跟进无法获得显著的加固效果。研究结果表明,阳极跟进技术能够降低电路中的阳极区电阻,有效提高电渗加固效果。     

EKG电极真空–电渗处理软黏土室内试验研究

针对真空–电渗法在软基处理中存在金属电极易腐蚀,试验后期排水效率低等问题,利用自主研发的装置试验了EKG电极在电渗法、真空预压法、真空–电渗法、阴极直排式真空–电渗法下的排水效果,通过监测排水量、电流、pH值、沉降和处理后的强度等指标将上述方法进行比较,结果表明:(1)真空–电渗法处理后排水量最大,沉降更明显,土体强度更大;(2)阴极直排法在前8 h,排水量高于双侧排水真空–电渗法,土体内pH值更稳定,土体表面更均匀;阴极直排法能在一定时间内改善传统真空–电渗法在阳极真空预压与电渗相互抑制的情况,如果将阴极直排法与双侧排水真空–电渗法相结合,能够为扩大真空–电渗联合法的应用范围提供新的研究思路。     

电渗软黏土电导率特性及其导电机制研究

在自制的Miller soil box中采用4相电极法分别模拟和研究电渗过程中含水率、温度和孔隙水含盐量的变化对软黏土电导率的影响.结果表明,黏土电导率随含水率变化经历3个阶段:含水率小于塑限时,电导率随含水率的增大而迅速增大;含水率大于液限时,电导率随含水率增大而缓慢减小;含水率在塑限和液限之间时,电导率随含水率的增大而缓慢增大.黏土导电性与受含水率影响的土体结构相态有关,导致土体电导率变化的导电途径依次为固液相互层、双电层和液限.温度的升高会导致电导率增大,二者成良好的线性关系,并且含水率越高电导率随温度增长的速率越慢.黏土电导率也随孔隙水含盐量的增大而增大,但是黏土含水率越高,孔隙水含盐量变化对电导率的影响越大.     

电渗电极参数优化研究

为了在电渗设计阶段选择合适的电极间距和长度,采用土体各向同性假设,推导排形布置电渗电极的三维电场强度计算式,并比较不同电极间距和电极长度下电场特性,分析每对电极的电场影响范围。然后,考虑相邻电极对的影响,对电场进行简化。最后以工程实例说明推导方法的应用。结果表明:利用电场强度计算式,在电渗设计阶段可利用设计电渗排水速率来选择合适的电极间距、长度和排距,以满足技术和经济的要求。     

低能量强夯–电渗法联合加固软黏土地基试验研

 针对电渗过程中土样开裂造成电阻增大,阳极腐蚀造成界面电阻增大,能量消耗增大且加固效果减弱,极端情况下甚至造成电渗过程中断的问题,以及考虑到强夯法对开裂土体进行处理,不仅使开裂土体重新弥合,更可弥补电渗法的土骨架加密部分的功能缺失。因此,通过低能量强夯联合电渗法室内模型试验与单独电渗试验进行对比分析,分别获得2种试验条件下电路电流、土体出流、土体含水率、土体电导率、pH值等变化规律。研究结果表明：低能量强夯时改善了土体排水路径,使得土体出流表现强于单纯电渗的情况;低能量强夯能够增强电路电流、增强土体密实性以弥补土体裂纹的同时,促进土表沉降发展、改善环向土体处理的不均匀问题和减缓阳极腐蚀发展。在实际工程中,为提高加固效果,低能量强夯重点施加于阳极区土体开裂处,而不对阴极区土体进行强夯;在土体出流量突然变小且阳极区土体干燥时,选取阳极区土体干燥处作为夯点并开始强夯,待所有区域点夯完后,再针对阳极区土体进行低能量满夯,不对阴极区土体进行满夯处理。     

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。     

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。     

含盐量对极细颗粒黏土强度影响的试验研究

 为深入研究滨海盐渍土等极细颗粒黏土的不良工程特性产生的物理化学机制,探讨在水的作用下由可溶盐离子引起土颗粒表面微电场的变化对极细颗粒黏土抗剪强度的影响,首先对一系列含盐量即不同孔隙液离子浓度下的人工土(膨润土、高岭土与膨润土的混合土、石英)进行常规直剪与液塑限试验,同时测试人工土的阳离子交换量与比表面积等微细观参数用于计算颗粒的表面电位,建立抗剪强度与表面电位之间的关系。测试结果表明,可溶盐离子通过扩散的双电层改变土颗粒表面电位,引起结合水膜厚度的变化致使土颗粒之间的变形阻力发生改变,在宏观上表现为土体强度的变化。结合科威特Bubiyan岛的海港盐渍土软基加固工程,研究可溶盐含量对当地滨海盐渍土的强度与液塑限的影响,证实孔隙液离子浓度对人工土的强度的影响机制与变化规律同样适用于天然极细颗粒黏土,为从微细观角度揭示盐渍土的不良工程特性提供理论解释与试验基础。     

Non-mechanical behaviors of soft clay in two-dimensional electro-osmotic consolidation

To investigate the soil behaviors in a direct current field on both spatial and temporal scales, a 1: 5 scale model test was conducted in laboratory to simulate the two-dimensional (2D) electro-osmotic consolidation of soft clay foundation. Volume of drainage, intensity, voltage, water content and pH value of water collected in the cathodes were monitored. The pH values of soil and the mass of anodes were measured before and after the test. The test results indicate that the unsaturated state, resultant from fissures induced by the differences in water contents, is favorable to dynamic compaction of soil during electro-osmotic drainage. The results also demonstrate that water content, degree of saturation and electric potential distributions can be used to deduce the electro-osmotic drainage process. Water content of soil decreases first near electrodes, while keeps nearly constant in the center of the model. The area with constant water content is larger than half of the sample surface. Moving anodes towards cathodes by about one third of the electrode spacing is effective to improve the treatment effect after electro-osmosis stops due to the large resistance. Moreover, it is observed that during electro-osmosis, the corrosion rate of anodes becomes smaller, while the variation in pH values of soil near anodes becomes larger.     

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。     

电渗作用下软土细观孔隙结构

软土细观孔隙结构变化是其宏观变形的根本原因。为了探索电渗中软土细观孔隙结构变化以及与宏观变形之间的关联机制,采用杭州软土开展电渗试验,监测了电渗中土体孔隙结构分布特征和含水量,从定性和定量两个方面对试验结果进行分析。研究发现,电渗过程中,粘土颗粒重新排列形成面面接触的片堆结构,土体孔隙比降低,孔隙空间形态变光滑,结构复杂性减弱。通过含水量计算所得孔隙比较实测孔隙比小,说明电渗排水量大于土体收缩量,这是因为,电渗本质为离子带动水分子的迁移,不能直接引起土骨架压缩。实际工程中,电渗法应与堆载、真空预压等联合使用。     

深基坑软土地层真空降水施工技术

以某地铁站深基坑软土地层真空降水施工为例,探讨了基坑降水方式的选择及设计方法,归纳了真空降水的施工方法及管理措施,实践证明采用该法达到了基坑降水及排水固结的目的,从而取得了良好的经济效益。     

电势梯度与电极间距变化的滨海软土电渗模型试验研究

电势梯度和电极间距是电渗处理中的常见控制因素。为研究电势梯度和电极间距对滨海软土电渗效率的影响,进行等电极间距变电势梯度和等电势梯度变电极间距两种工况下的电渗模型试验。获取电渗过程中的排水量、通电电流和能耗系数等试验结果,进一步研究能耗系数与电势梯度、电极间距的关系。在Helmholtz-Smoluchowski(H-S)电渗流方程的基础上,引入界面电阻和起始电势梯度概念进行电渗能耗分析。结果表明：在等电极间距工况下,考虑起始电势梯度的电渗流方程能够较切实地反映电渗能耗系数随电势梯度变化的非线性趋势,宁海滩涂淤泥存在起始电势梯度和相应的经济电势梯度;在等电势梯度工况下,界面电阻和起始电势梯度不影响能耗系数的线性变化规律。     

浅析“高真空降水联合冲击碾压”工艺在软土地基的工程应用

通过上海浦东国际机场商飞配套四跑道项目地基处理及排水工程(Ⅲ标段)的工程实践,探究"高真空降水联合冲击碾压"工艺在软土地基的工程应用,总结出"高真空降水联合冲击碾压"工艺施工过程中几点经验和建议,从而探索和促进此工艺在软土地基处理方面向更多地域应用推广的前景。     

结构性软土力学特性的试验研究

对扰动程度不同的原状样和重塑样分别进行单向固结试验和固结排水及不排水三轴剪切试验,研究结构性对上海软土的变形、强度特性的影响。压缩试验结果表明:结构性强的原状样具有明显的结构屈服应力,结构性一般的原状样,结构屈服应力不明显;原状样比重塑样具有更大的压缩指数Cc和膨胀指数Cs。剪切试验结果表明:相同固结压力下,结构性强的土样强度不仅低于结构性弱的土样强度,而且低于重塑样的强度。这是由剪切时土样的孔隙比差异造成的。若消除孔隙比的影响,则结构性将使原状样具有更高的强度,且结构性越强,土体强度越高。     

降水技术在富水软土地层地铁隧道中的应用

结合某区间隧道浅埋暗挖法施工中的降水技术，从施工难点、降水设计及控制地表沉降的效果等方面进行了分析，提出在地下水丰富的条件下，降水技术在地铁暗挖软土隧道施工中的关键作用。     

坑内降水基坑底不同位置土体变形性状的室内试验研究

在分析坑内降水的基坑开挖中坑底土体的应力变化的基础上,对基坑降水与开挖交替作用下坑内不同位置土体的变形性状进行研究,并与仅考虑基坑开挖作用下土体的变形性状进行比较。试验结果表明,分步降水、开挖交替作用下坑底不同位置土体的变形性状相对于仅考虑开挖时均显著改善,其初始卸荷变形模量均明显提高。对于坑底不同位置的土体,降水均能显著减小基坑回弹总量。但由于降水使每开挖步土单元释放的应力加大,分层每开挖步基坑的回弹变形比没有考虑降水时的回弹变形大。模拟靠近地连墙附近土单元应力路径的试验结果表明,降水开挖交替作用下地连墙附近土单元其开挖步的回弹变形明显大于基坑中心的土单元,并且可能导致考虑降水条件下基坑边部土体单元总的回弹变形大于没有降水时的总回弹变形。最后,坑内降水对基坑内土体变形性状、坑底回弹的影响与降水时间、降水深度、土层渗透系数等密切相关。对地下水位以下的超深开挖,应考虑大深度降水对坑内土体力学性状及回弹变形的影响。     

真空降水联合低能量强夯在某黏土堆场中的试验与应用

通过对表层为黏性土和粉质黏土、下卧土层为粉质土场地的强夯试验,研究真空降水联合低能量强夯是否适用于上覆饱和或近饱和黏性土地基外的地基情况。并就真空降水联合低能量强夯法在上覆黏性土堆场中夯击能量、夯击击数、最佳夯击遍数以及两遍夯击的间隔时间等施工参数进行分析研究。结合加固前后的土体变形、超孔压变化,得出采用低能量、小间距进行两降两夯施工可以取得较好的加固效果。