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.     

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。     

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。     

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。     

高岭土的电渗试验

电渗是使低渗透性土体排水固结的有效方法。为了了解电渗现象的基本规律,该文研制一套室内电渗试验设备,完成不同干密度高岭土试样的一维电渗试验。试验将土样分成6个部分分别进行监测,研究和分析土体电流、电渗出流体积、含水量、土壤溶液pH值和土体电阻等参数的变化。试验结果显示:在相同外加电压条件下,土样干密度越小,其总电阻越小,而电流和出流量越大,含水量变化也越大;电渗过程中土样内部伴随酸性带的发展和迁移,土体总电阻增加且电极附近区域电阻增长最为明显。试验证明电渗可以对高岭土试样进行有效脱水,但土体电阻的增加导致脱水效率逐渐降低。     

导电塑料排水板与金属电极电渗对比试验

电极材料是制约电渗法发展的关键因素,在室内试验中开展导电塑料排水板(EVD)与铁、铜、铝金属电极的电渗对比试验。通过对土体中电流、电势及排水量、加固后土体含水率等数据的分析,研究了EVD电极与金属电极的电渗加固效果差异。试验结果表明EVD可以作为电渗电极使用,在通电一段时间后,其导电性能要优于金属电极。由于设计试验排水方案为水平侧向排水,不能凸显EVD的竖向排水优势。铝作为阴极时,由于其金属的活泼性较强,发生溶解、销蚀形成凝结剂物质,从而以电化学加固的形式降低了阴极附近土体的含水率,因而电渗法可以通过在阴极处制造局部的电化学反应来降低阴极附近土体的含水率。     

EVD与金属电极电渗对比试验研究

电极材料是制约电渗法发展的关键因素,在室内试验中开展导电塑料排水板(EVD)与铁、铜、铝金属电极的电渗对比试验,通过对土体中电流、电势及排水量、加固后土体含水率等数据的分析,研究了EVD电极与金属电极的电渗加固效果差异。试验结果表明EVD可以作为电渗电极使用,在通电一段时间后其导电性能要优于金属电极,由于设计试验排水方案为水平侧向排水,不能凸显EVD的竖向排水优势。铝作为阴极时,由于其金属的活泼性较强,发生溶解、销蚀形成凝结剂物质,从而以电化学加固的形式降低了阴极附近土体的含水率,因而电渗法可以通过在阴极处制造局部的电化学反应来降低阴极附近土体的含水率。     

使用氯化钙溶液加固淤泥质黏土的电渗试验研究

采用自制电渗试验装置,针对武汉市淤泥质黏土进行电渗试验,探讨阳极处添加质量分数分别为0、5%、10%、15%氯化钙溶液对电渗加固效果的影响.通过监测电渗过程中各试验组电流和排水量随时间的变化,测定电渗前后土体的含水率、抗剪强度、孔隙比和微观结构变化,综合评价不同条件下土体的电渗固结效果.试验结果表明:在阳极添加氯化钙溶液可以缩短电渗固结时间,显著提高电渗法加固淤泥质黏土的效果,使土体微观结构变得更加致密,增强土体的抗剪强度;通过添加氯化钙溶液,阴极附近土体抗剪强度最大提高368.6%;氯化钙溶液浓度对电渗加固效果影响存在一个限值,本次试验为10%左右,超出该限值后,浓度的影响很小;氯化钙溶液的加入会加重电极腐蚀.     

阴极抽真空结合电渗法加固高岭土试验研究

为了改善电渗法处理软土地基出现阴阳极加固效果严重不均匀的现象,该文利用自制的试验装置,进行了3组不同边界条件下的电渗加固高岭土室内模型试验。分别对比分析并探讨了试验过程中电流、排水量、能耗、沉降、电势分布及试验后不排水抗剪强度和含水率等参数指标,结果显示阴极抽真空的电渗试验相比其他两组试验,在更少的时间内排水更多,沉降更大;且试验结束后土体的不排水抗剪强度更高,水平方向上的不排水抗剪强度较为均匀。总结试验结果,证实了阴极抽真空结合电渗法对于阴阳极加固不均匀的现象显著改善。     

过湿土路基电渗排水低能耗逐级加载方法

为提升电渗处置的能量利用效率，开展了不同加载方式和加载电势梯度的室内电渗排水试验，分析了能耗系数和瞬时能耗系数随排水时间和含水率的变化规律，提出了低能耗的过湿土路基电渗排水逐级加载方法。结果表明：电渗过程中能耗系数呈现先下降后上升的趋势；瞬时能耗系数最低时的加载电势梯度与平均含水率负相关，两者为幂函数关系；以此幂函数关系确定最优加载电势梯度的低能耗加载方式，较1.2 V?cm^-1稳压加载节约54%的能耗，较逐级加载节约23%的能耗。     

阴极区添加腐植酸缓冲液对电渗排水效果影响的试验研究

根据重金属污染土壤电动修复技术,在土壤阴极区添加腐植酸,通过调节pH值改善电渗排水效果,并从多个角度对最终排水效果进行了比较.提出ζ电势计算公式与排水速率的关系,并从ζ电势、碱金属离子和富里酸络合物3个角度对试验结果进行解释.结果表明:阴极区添加腐植酸会阻碍电渗排水过程,不能改善排水效果;高腐植酸含量的软土不宜进行大规模电渗排水固结.     

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.     

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。     

电渗复合真空预压法加固湖相吹填土试验研究

针对湖相吹填土高含水率、高压缩性、低渗透性等特点,采用电渗复合真空预压法进行室内模型试验,并对湖相吹填土的加固效果及试验所用导电塑料排水板的可行性进行研究。试验结果表明:前期抽真空排出部分自由水后停泵,电渗过程中应采用间歇通电、电极转换技术,在间歇通电过程中抽真空排出电渗产生的汇聚在阴极的水,将电渗与真空预压交替进行可实现对吹填土的深层处理并节省能量;导电塑料排水板代替传统金属电极具有明显的优势,可集电渗、排水及真空度传递通道为一体。     

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。     

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。     

外荷载作用下的软粘土电渗试验

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。对于不同粘土试样,同时施加恒定的75kPa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粘土的排水速率,特别是在外加电压较高时,电渗固结效果较为明显。     

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.     

基于热-水-力耦合的电渗排水试验数值模拟

基于多孔介质理论和热力学理论,考虑电渗产生的温度对土体变形及排水性质的影响,建立热-水-力耦合作用下的电渗排水多场耦合数学模型,并利用Fortran语言编制计算程序。在此基础上开展电渗排水现场试验的数值模拟,并与现场监测结果进行对比。研究结果表明:建立的模型可较好地模拟电渗过程中的温度场、渗流场及应力场变化和分布规律。土体温度随能耗增大而升高,尤其对于电极附近土体;阳极周围土体孔隙水压力减小,而阴极周围土体孔隙水压力增大,且考虑温度作用下的电渗流量随电渗的持续而增加;地基沉降由土体温度上升引起。     

基于导电塑料排水板 的真空-电渗同步固结解析解

针对使用阴阳电极均为透水边界的导电塑料排水板(electric vertical drains,EVD)电极进行真空预压与电渗同步加固软基,对阳极建立了轴对称真空-电渗耦合固结模型。该模型考虑了真空预压与电渗由于引起水流方向的不同而产生的相互影响,并给出了阳极影响区域的平均孔隙水压力解析解。通过室内模型试验,验证得出阳极影响区域的孔压实测值与理论计算值在开始与结束时间段内吻合度较好,中间区域出现较大差异。这是由于在实际电渗过程中,阳极附近伴随发生了化学流、热流所引起的孔压变化,而理论公式中没有考虑它们所引起的水流。