不同電極電滲過(guò)程比較及基于電導(dǎo)率電滲排水量計(jì)算方法.pdf

1、我國(guó)廣泛分布有天然軟土地基，近年來(lái)蓬勃發(fā)展的疏浚工程和吹填工程產(chǎn)生了大量疏浚土和吹填土，這些軟土往往含水量高、壓縮性大、滲透性低，對(duì)其合理加固處理是相應(yīng)工程成功的關(guān)鍵，傳統(tǒng)的基于重力式固結(jié)的地基處理方法往往難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。電滲法因其排水速率與土顆粒大小無(wú)關(guān)，被認(rèn)為是處理高含水量、低滲透性軟土地基很有發(fā)展前途的方法，受到廣泛關(guān)注和研究，但能耗較大、合理設(shè)計(jì)計(jì)算方法的欠缺一直制約著電滲法的推廣應(yīng)用。本文從改善電滲效果、提高電滲效率出發(fā)，基

2、于已有文獻(xiàn)對(duì)于常見(jiàn)電極材料（鐵、銅、石墨和鋁）電滲效果報(bào)道的分歧，從電滲效果和離子遷移兩個(gè)方面系統(tǒng)地對(duì)比了四種電極材料的電滲過(guò)程，揭示了電極材料影響電滲過(guò)程的本質(zhì)以及電滲中離子的運(yùn)移規(guī)律;基于已有研究在電滲設(shè)計(jì)計(jì)算方面的欠缺，首次系統(tǒng)地研究了電滲排水速率與電流以及土壤電導(dǎo)率與含水量的關(guān)系，提出了基于電導(dǎo)率的電滲排水量計(jì)算方法。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、欧謩e采用鐵和銅電極開(kāi)展室內(nèi)試驗(yàn)，比較了陽(yáng)極和陰極材料影響電滲效果的程度，發(fā)現(xiàn)對(duì)

3、電滲效果起主導(dǎo)作用的是陽(yáng)極材料，陰極材料對(duì)電滲效果影響不大。
　　⑵在三種不同的電勢(shì)梯度下分別采用鐵、銅、石墨和鋁電極開(kāi)展電滲試驗(yàn)，分析了常規(guī)電極材料的電滲表現(xiàn)和電極材料的作用機(jī)制，得到:較高電勢(shì)梯度下石墨電極表現(xiàn)較好，而較低電勢(shì)梯度下石墨電極表現(xiàn)不如鐵或銅電極，銅電極存在陽(yáng)極鈍化現(xiàn)象，而石墨電極易于分解;Fe2+/Fe3+和Cu2+遷移能力較差，陽(yáng)極反應(yīng)生成的Fe2+/Fe3+和Cu2+大多數(shù)聚集在陽(yáng)極附近，少部分遷移到陰極的離

4、子在堿性環(huán)境下生成沉淀;Al3+遷移能力較強(qiáng)，陽(yáng)極反應(yīng)生成的Al3+在電場(chǎng)作用下大多運(yùn)移到陰極隨水排出，少量Al3+因陰極堿性環(huán)境產(chǎn)生沉淀滯留在陰極附近;電極材料對(duì)電滲過(guò)程的主要作用在于通過(guò)電極腐蝕、陽(yáng)極鈍化、分解以及電極與土體部分脫離引起電勢(shì)損失，其通過(guò)電極反應(yīng)生成離子進(jìn)入土壤隨電場(chǎng)遷移對(duì)電滲的促進(jìn)甚小。
　?、遣捎描F、銅、石墨和鋁電極開(kāi)展電滲試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)了電滲排水和重力排水中多種元素含量（Na、K、Mg、 Ca、Fe、Cu和Al

5、）變化和土壤經(jīng)電滲加固前后的元素含量變化，得出電滲過(guò)程中水分的轉(zhuǎn)移主要依賴(lài)Na+、K+、Mg2+、Ca2+和Al3+等遷移能力較強(qiáng)的離子，低階、小原子量離子受約束力較小、遷移能力較強(qiáng)，其帶動(dòng)水分子的遷移是決定電滲法效果的關(guān)鍵?；谠囼?yàn)結(jié)果分析了電滲運(yùn)移量隨時(shí)間以及電導(dǎo)率隨含水量的變化情況，發(fā)現(xiàn)電滲運(yùn)移量在主要電滲排水階段基本保持恒定，而電導(dǎo)率與含水量也存在近似線(xiàn)性關(guān)系。
　?、雀鶕?jù)已有文獻(xiàn)資料中的大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，首次系統(tǒng)揭示了土壤類(lèi)

6、型、含水量、電勢(shì)梯度和電極布置形式對(duì)電滲運(yùn)移量的影響，發(fā)現(xiàn)不同土壤類(lèi)型的排水速率與電流均呈現(xiàn)出較好的近似線(xiàn)性比例關(guān)系，但不同土壤類(lèi)型的電滲運(yùn)移量相差較大，對(duì)于同一種土壤類(lèi)型，電滲運(yùn)移量主要、含水量、含鹽量等內(nèi)因影響，電極布置形式、電勢(shì)梯度等外因?qū)﹄姖B運(yùn)移量直接影響較小。
　　⑸系統(tǒng)總結(jié)了已有研究中電導(dǎo)率與含水量的理論模型和經(jīng)驗(yàn)公式，提出了三種經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，即線(xiàn)性關(guān)系、指數(shù)關(guān)系和二次函數(shù)關(guān)系。依據(jù)電滲排水速率與電流的發(fā)展規(guī)律以及電導(dǎo)率與

7、含水量的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系、考慮了電滲過(guò)程中土體性質(zhì)的變化，提出了基于電導(dǎo)率的一維電滲排水量計(jì)算方法。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果將該方法與傳統(tǒng)的基于Esrig的方法進(jìn)行比較，結(jié)果表明該方法對(duì)電滲排水量的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性遠(yuǎn)高于已有的基于Esrig理論的方法。
　　⑹研究了堆載對(duì)電滲運(yùn)移量和電導(dǎo)率的影響，得到堆載作用下電滲排水速率隨電流的發(fā)展規(guī)律以及電導(dǎo)率與含水量的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，進(jìn)而推導(dǎo)堆載作用下基于電導(dǎo)率的一維電滲排水量計(jì)算方法;推導(dǎo)電極軸對(duì)稱(chēng)布置時(shí)土壤的電導(dǎo)率

8、公式，進(jìn)而對(duì)軸對(duì)稱(chēng)電滲排水量計(jì)算公式進(jìn)行了理論推導(dǎo)和試驗(yàn)驗(yàn)證;將基于電導(dǎo)率的電滲排水量計(jì)算方法推廣到二維情況，得到堆載作用下基于電導(dǎo)率的二維電滲排水量計(jì)算公式。
　　⑺對(duì)基于電導(dǎo)率的電滲排水量計(jì)算方法的工程應(yīng)用進(jìn)行了研究。探討了電滲排水量與土體收縮量的關(guān)系，指出單獨(dú)采用電滲法加固軟土?xí)r，電滲排水量數(shù)值上比土體收縮量大，二者的差值可以通過(guò)施加外荷載予以減小，強(qiáng)調(diào)了電滲排水量數(shù)值預(yù)測(cè)土體收縮量的安全性。給出了計(jì)算中涉及到參數(shù)的合理設(shè)計(jì)