基于等电势梯度模型试验的滩涂淤泥电渗效率分析

为了研究滩涂淤泥电渗效率,根据相似原理建立室内模型,并在等电势梯度条件下进行试验.试验过程中采集排水量、通电电流和电势数据,研究了电渗能耗、电势利用率与电极间距的关系.基于有效电势原理对电渗能耗系数和处理时间进行了分析,采用简易算例对不同工况下的电势利用率和能耗系数进行了讨论.结果表明,等电势梯度下,电渗前期能耗系数随电极间距缩短而线性下降,电极间距缩短至12 cm时能耗系数降至0.54 W·h/m L.电极间距越小,相同排水效果所需的处理时间越短.提高界面电阻会降低电渗排水速率,但不影响电渗能耗系数.建议在工程中选取新型电动土工合成材料以及合理的电极布置形式,以提高电渗效率和经济性.     

导电塑料排水板加固吹填土现场试验

在阐述电渗复合真空预压法加固原理的基础上,依托湖北省离岛梁子湖国家水生态展示馆吹填软基处理工程,进行电渗复合真空预压现场试验,对导电塑料排水板的性能和电渗排水加固效果进行实地验证。现场试验结果表明:经过28 d的电渗复合真空预压法加固,地基土土体物理力学性质指标和承载力得到明显提高;使用导电塑料排水板进行的电渗复合真空预压处理吹填土不仅能够缩短工期、节省能耗,还能够获得理想的加固效果。     

微生物-电渗法加固淤泥质土的室内试验研究

为改善淤泥质土的工程性质,开展电渗排水和微生物诱导碳酸钙沉积相结合的方法加固淤泥质土的室内试验,研究了微生物-电渗法较普通电渗和阳极处通入氯化钙溶液的电渗在土体的排水量、含水率、表面沉降、pH及抗剪强度的变化.结果表明:微生物-电渗法处理后土体表面沉降量最小,排水量最多,含水率降低最多,抗剪强度最大;处理后土体距离阳极越近,含水率越低,抗剪强度越高.可见微生物-电渗法较电渗和阳极通入氯化钙溶液的电渗的基础上增加了排水量,提高了土体抗剪强度.     

周期性裂缝灌浆对电渗处理淤泥软土的影响

电渗过程中由于土体裂缝的开展导致土体电阻增大、电渗效率降低,裂缝灌浆是解决这个问题的方法之一。在等电势梯度的前提下,设计了5组一维固结电渗对比试验,并采用质量分数为1.5%的NaOH溶液进行裂缝灌浆,通过对比不同频率下电渗试验的排水量、排水速率、沉降等数据,分析了灌浆频率对电渗加固效果的影响。结果表明,裂缝灌浆能明显提高电渗加固的效果;试验存在最优灌浆频率,且当采用最优频率时,可延长电渗通电时间,使得土体含水量和有效排水能耗降到最低。     

对弹性力学势能原理等价性提法的商榷

从热力学第一定律出发可得到功能原理、平衡条件、几何方程。从热力学第二定律出发可得到最小变形能原理、最小势能原理。热力学第一定律和热力学第二定律是两类物理性质不同的弹性变形条件,二者相互独立,前者可确定弹性变形大小,后者可确定弹性变形分布规律。弹性力学中最小势能原理等价于平衡条件、广义势能原理等价于弹性力学基本方程的提法并不正确。     

基于杭州软土的电渗迁移过程试验研究

为研究电渗迁移过程,进一步揭示电渗机理,基于杭州软土和自制电渗模型箱,分别采用铁和石墨电极开展室内电渗试验,监测重力排水、电渗排水以及电渗前后土壤中多种金属元素含量的变化;监测电流和排水量数据并据此计算电渗运移量。研究结果表明:在电渗排水过程中,钠离子和钾离子质量浓度比重力排水过程中的大得多,镁离子和钙离子质量浓度则比重力排水过程中的小得多,说明电渗法依赖双电层中低阶、小原子量反离子对水分的转移作用,土壤本身物理力学性质对电渗过程的影响主要通过双电层体现。电渗运移量对土壤含水率的敏感性与土壤类型密切相关,而对同一类土壤,其敏感性也可能会随着含水率范围的不同而呈现较大差异。在1.58V/cm的电势梯度下,杭州软土电渗处理后的最终含水率为35%左右,说明对于含水率小于35%的杭州软土,电渗法效果不明显,不推荐采用电渗法进行处理。     

外荷载变电压作用下软黏土电渗固结试验研究

针对电渗法与外荷载联合作用进行了室内试验,设计了9组对比试验,包括在相同外荷载作用下改变电渗电压、在相同电渗电压作用下改变外荷载作用以及单纯外荷载作用下的普通固结试验.对各组试验中的电路电流、土体出流、土体含水率分布、土体沉降、土体电导率、pH值等指标进行了量测,分析了外荷载、电渗电压对电渗过程的影响,并在外荷载与电渗电压之间建立了一定的联系.试验结果表明,增加外荷载对土样排水的促进作用优于提高电压梯度;外荷载作用能够促进阴极排水口处的出流量;在40 kPa外荷载作用下的普通固结与在0.5 V/cm电压梯度作用下的电渗固结作用及效果相当,在1 V/cm电压梯度作用下的电渗固结与在50 ∼60 kPa外荷载作用下的普通固结作用效果相当.研究及结果表明,外荷载与电渗法联合作用和单纯电渗法及单纯预压法相比,能够显著提高地基处理效果.     

浅谈海水淡化技术与应用

针对我国淡水资源短缺的问题,提出了实施海水淡化缓解淡水资源紧缺的必要性。从蒸馏法、电渗析法、反渗透法方面介绍了海水淡化的基本方法及原理,并且论述了海水淡化的工程技术问题和海水淡化的应用情况。     

电极布置形式对电渗加固软土效果的影响试验

在自制的模型箱中同时进行3组不同电极布置形式(1根阴极分别对应1根、4根和8根阳极)下的电渗排水试验,通过监测电渗过程中排水量、沉降量、孔压和电流来研究不同电极布置形式对电渗排水的影响,并测试电渗结束后土体的含水率和强度,研究电极布置形式对电渗加固效果的影响。试验结果表明:阴极周围布置的阳极越多则电渗的排水与加固效果越明显;电流随电渗时间呈指数衰减;土体单位体积排水量与能量消耗之间呈线性关系。     

多孔介质电渗泵的数值仿真与性能分析

电渗驱动微泵是一种新型的电动力式微泵,其输出压强高,流量可调范围宽,可用于微通道冷却系统中。建立了多孔介质电渗泵电渗流的数学模型,并对其性能进行了分析。根据双电层模型与电渗泵的控制方程,得出电渗流的近似解析模型,求出最大流率与压力。利用MEMS数值仿真软件CoventorWare对电渗泵模型进行求解分析,得到电渗泵流场和压力场的分布;对其特性进行分析,研究电场强度、溶液浓度和微流道孔径及其流道长度对电渗泵性能的影响。结果表明,在电渗驱动下,微流道中的流体流动速度与电场强度及微流道表面静电势成正比;流体速度与微通道长度成反比,与孔径无关。     

间歇通电下软黏土电渗固结性状试验分析

在自制的电渗固结装置上,进行轴对称工况软黏土间歇通电和持续通电条件下的2组试验,对不同通电条件下土体电渗固结性状进行对比。研究结果表明：间歇通电下土体表面沉降变化、抗剪强度变化及含水量变化比持续通电下的均匀;间歇通电下土体有效电势高于持续通电下的土体有效电势,电能利用率较高;间歇通电下电极的腐蚀比持续通电下的电极腐蚀弱,表明间歇通电是一种比较经济、合理的电渗通电方法。     

基于改进型泊松-玻尔兹曼方程的电渗流建模与分析

建立了双电层的离子分布模型，基于经典Poisson-Boltzmann(PB)方程和改进型MPB(modified Poisson Boltzmann)方程对不同浓度和激励电压的离子分布进行了理论研究.结果发现在电压高于0.4V，且自由离子浓度小于10^-4mol/L时，双电层内部的扩散层厚度存在较大的误差.这直接导致了基于Debye长度模拟电渗流运动与实际观测不符，主要因为Debye-Hückel公式具有线性关系不适用于仿真高电压条件下的电渗流运动.因此借助非线性MPB方程求解扩散层厚度，更能精确得到正、负电极宽度为500μm，间距为25μm，在±1V，500Hz电信号产生的最大电渗流速度为1034.31μm/s.     

一种用于大规模土体降水处理的电渗电源设计

为提高电渗技术在高含水率土体降水固结施工应用的效果,设计了一种用于大规模土体降水处理的电渗设备系统,该系统包括专用电源、电极、真空装置、流量计量装置等,其中专用电源是系统的核心。重点介绍了电渗专用电源的设计,应用电力电子技术和单片机技术,构成数字式的专用高频开关电源,该系统可以支持恒流启动、恒压保持、脉冲加强、间歇通电和极性转换等多种先进的电渗工艺操作,各工艺操作的时间可以自由设定,使得电渗技术可发挥最好的效果。并且,具有手动和自动两种模式,可以实现施工现场的无人值守。经过施工现场实际使用,效果良好。     

土壤中热、湿、气及溶质耦合迁移的数学模型

从连续介质力学出发，应用Whitaker提出的局部体积平均法，建立了一个描述植物生长的土壤中热、湿、气及溶质耦合迁移的多场数学模型，以揭示非饱和土壤内复杂的传输机理．此模型中考虑了植物根系对水分、热量、气体和溶质的吸收或排放，同时在边界条件中反映了植物冠层对土壤表面遮阳的影响．因此，该模型相对于已有的其他模型来说，所包含的物理机制更加完备，并且它还具有可解性．     

滑坡作用下埋地管道的弹塑性地基反力解析法

目前关于弹塑性地基中滑坡段埋地管道的解析计算研究较少,计算结果不够精确。为探讨滑坡段埋地管道与土体接触的非线性特征,基于地基反力法,采用简化的弹塑性本构模型来模拟非线性管—土的相互作用,提出了埋地管道与土体相互作用的弹塑性地基反力解析法控制方程组,根据管道变形的连续性条件及边界条件求得管道挠度和内力的解析解,对管道变形和内力进行计算。结合算例进行分析,选取不同参数,探讨了地基反力系数k0对管道变形和内力的影响。研究结果表明：随地基反力系数的增大,管道最大挠度、滑体中部管道弯矩及Mises应力逐渐减小,滑坡周界处管道弯矩及Mises应力逐渐增大;地基反力系数增大,土体对管道约束作用加强,从而引起管道挠度和内力的变化。与Winkler 地基反力法相比,基于弹塑性地基反力法的滑坡作用下管道力学分析理论上更为严谨,有效地提高了计算精度。     

外荷载作用下的软黏土电渗试验

为改善软土地基的固结排水效果,对联合使用电渗固结与预压排水技术进行了电渗试验。对于不同黏土试样,同时施加恒定的75 kPa外荷载和0～20V外电场,研究在耦合作用时的渗透出流变化。试验结果表明:与仅有外荷载作用相比,在耦合作用下表现为阳极渗透出流量减小、阴极渗透出流量增大、总渗透出流量增大;阳极渗透出流量的变化与电压大小无直接关系;耦合作用能提高饱和黏土的排水速率,特别是在外加电压较高时,电渗固结效果较为明显。     

水泥石粉胶结盐渍土的抗剪强度试验研究

为了研究水泥和石粉胶结盐渍土的可行性,采用平罗县的盐渍土,分别掺入水泥和石粉进行盐渍土固化,其中水泥掺量分别为1. 5%、3%、4. 5%、6%,石粉掺量分别为2%、4%、6%、8%。设计了21组试验,利用三轴仪进行了7 d、28 d龄期盐渍土的抗剪强度指标测定。试验结果表明:石粉单掺入盐渍土中,其仅能依靠物理填充作用提高盐渍土的黏聚力,而内摩擦角降低显著。石粉与水泥复配加固盐渍土,水泥中的氢氧化钠可以有效诱发石粉的活性,从而大幅提高盐渍土的抗剪强度。采用石粉和水泥复配固化盐渍土达到4. 5%、6%单掺水泥的盐渍土的抗剪强度时,水泥可以分别节约33. 3%和25%。     

土壤结构对土壤入渗能力的影响

基于不同土壤结构条件下的大田土壤积水入渗试验资料，分析讨论了土壤结构对大田土壤水分入渗能力和Kostiakov-Lewis三参数模型参数的影响。试验结果表明：土壤结构对大田土壤入渗能力的影响十分明显；土壤结构由疏松变密实，土壤入渗能力递减；3个入渗参数值随着土壤结构由疏松变密实而递减。研究结果对于地面灌溉合理灌水技术参数的确定及水资源合理利用具有重要价值。     

突加集中荷载作用下饱和土-深埋圆形隧道衬砌系统的非轴对称动力响应

考虑饱和土与深埋圆形衬砌的相互作用, 研究了突加集中荷载作用下饱和土-衬砌系统的非轴对称动力响应. 基于Biot理论和弹性理论, 采用Laplace变换和Fourier级数, 考虑衬砌边界条件以及衬砌与饱和土交界面处的连续性条件, 在Laplace变换域内求得突加集中荷载作用下饱和土-弹性衬砌耦合系统的位移、应力和孔隙水压力等的解析表达式. 利用Laplace逆变换Crump数值反演方法得到饱和土-衬砌系统动力响应的数值解, 并分析了土体和衬砌系统的力学、几何等参数对系统动力响应的影响. 结果表明: 5倍隧道衬砌半径以外处土体的动力响应远小于隧道附近土体的动力响应; 衬砌刚度和厚度对土体位移和应力影响显著, 但对孔隙水压力影响较小; 孔隙水的可压缩性对土体位移的幅值影响不大, 但对应力幅值的影响较为显著.