三种降低土料含水量方法的试验研究

从原理分析,采用疏干排水、真空排水、电渗排水都能排除土料中的水分。为了确定能否在工程中使用,对三种方法进行试验。三种方法开始时排水速率较快,都能降低土体的含水量,提高土体密度。得出电渗方法排水效果最好。     

电渗固结中的界面电阻问题

结合试验对电渗固结中的界面电阻问题进行了详细的分析和探讨,提出了界面电压降假定,在该假定的基础上,经过一系列理论推导,给出了一个简洁的界面电阻表达式,这将有助于我们对电渗固结的电流以及能耗做出更为准确的估计。     

流动电势和电渗压力的连续测量实验研究及低矿化度下Onsager互易性的验证

连续测量岩心的流动电势效应和电渗效应,可以获得岩心的动电渗透率,并验证Onsager互易性.通常这两个实验的岩心夹持器需要使用不同的堵头,而更换堵头会导致岩心内流体的参数和边界条件发生变化.本文设计了新的岩心夹持器和激励压力源,避免了在测量过程中更换堵头,提高了两个实验的一致性.本文测量了蒸馏水、以及0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4和0.6 mol/L氯化钠溶液饱和的10块岩心的流动电势效应和电渗效应,获得了动电渗透率,并验证了低矿化度下的Onsager互易性.结果表明,Onsager互易性在低矿化度下是成立的;对于高矿化度,电渗效应能够取代流动电势效应用于反演渗透率.

     

电渗的电荷累积理论

基于模型试验中所观测到的电荷累积现象,提出了电渗的电荷累积理论。该理论以电荷守恒原理代替电流连续性原理,建立了电荷累积模型的微分方程。微分方程的解析解表明：电势在空间的分布是线性函数和三角函数的叠加,该分布最终趋近于Esrig理论所假定的线形分布。电势梯度随时间以指数形式消减,最终稳定于一个常数,电流和土体电导率随时间的消减形式与能级梯度理论近似一致。最后,通过观测电渗电流随时间的变化过程,对电荷累积理论进行了试验验证。     

软土地基电渗固结理论分析与数值模拟

电渗固结是加速软土固结、提高地基承载力的有效技术。传统的电渗固结理论假设土体的物理力学、水力学和电学特性均匀稳定,其理论解答与试验结果差别较大。针对电渗固结处理过程,对土体位移场、渗流场和电场的耦合特征进行了理论分析,根据电荷守恒原理、水流连续原理和Biot固结理论,建立了电渗固结过程的多场耦合控制方程;考虑土体相关特性参数的非线性关系,开发了有限元软件用于分析电渗过程中电场强度、土体位移以及超静孔隙水压力的变化特征。计算结果与理论数据吻合较好,能够反映土体相关特性参数非线性关系对结果的影响。软件能够为电渗固结系统设计提供参考依据。     

电压对一维电渗排水影响的试验研究

在自制的模型箱中进行一维电渗排水试验,通过监测排水量、电势分布、含水率和电流来研究不同电源电压对电渗排水的影响。试验结果表明：较大的电压会导致排出单位体积水所需的能量消耗较高;较大的电压和较短的电渗时间会导致土体含水率分布异常,两极中间最高,阳极附近最低;排水量的逐渐减小是因为电极接触电阻的增大和电渗渗透系数的减小;电极和土体接触面上存在的接触电阻使得实际用于电渗的电压小于电源输出电压,而且电源电压越大,阳极接触电阻随电渗时间增加的速率越快,但是阴极接触电阻在高电压时缓慢增长,在低电压时迅速增大,而这与电渗排水速率有关。     

电极布置形式对电渗效果影响的试验研究

以提高电渗效率、改善电渗效果为目标,通过室内模型试验研究了长方形、梅花形和平行错位3种不同电极布置形式对电渗排水效果的影响。试验采用铝管电极,并保证各组试验处理面积、外加电压和处理时间一致。通过比较分析各试验排水量、电流降低率、裂缝开展和能耗系数得到以下结果：电极长方形布置时,裂缝最为规则、排水效果一般;电极平行错位布置时,排水效果最好,电流降低率最大,但从能耗系数的角度来评判仍然表现最好;电极梅花形布置时,裂缝开展最复杂,且产生了纵截面贯穿裂缝,严重影响了后期的电渗效果,但在裂缝大量开展前,其电流降低率极小。总结室内试验的结果,建议优先采用电极平行错位布置形式进行电渗处理。     

新吹填软土地基复式负压固结技术开发

新吹填土含泥量大、含水率大、渗透性差、零承载力,常规地基处理工法无法开展,地基处理面临诸多困难。针对该问题,提出了复式负压固结技术,该技术包括3道工序：改性真空预压、电渗降水和强夯动力固结。改性真空预压使地基得到初步固结,具备一定强度,为后序工作做准备;电渗降水可有效降低夯前地下水位和土体含水率,并促进夯后超孔隙水压力的消散;电渗降水和强夯动力固结多遍耦合,共同对吹填土进行地基加固。现场开展了复式负压固结技术工艺试验、土性试验和沉降变形监测。结果表明,应用于吹填泥的地基处理,改性真空预压可快速提高承载力,电渗法可迅速降低地下水位,有效避免强夯时＂弹簧土＂现象的发生,从而提高了最佳夯击能。复式负压固结技术可以有效地应用于新吹填软土地基。     

电渗-堆载作用下非饱和土轴对称固结特性分析

地基处理中,电渗常与堆载预压联合使用。基于Fredlund非饱和土三维固结理论和Esrig电渗固结理论及等应变假设,推导出电流场与渗流场耦合作用下,考虑径竖向渗流及涂抹效应的轴对称固结控制方程;利用Laplace变换、解耦技术及Laplace逆变换等方法,得到了时域内的半解析解。然后,将所得解分别退化至饱和土中考虑电渗-堆载联合和非饱和土中仅考虑堆载这两种情况与已有文献结果对比,验证了研究方法的可靠性。最后,通过算例研究有效电压、电-水力渗透系数比和涂抹系数对非饱和土轴对称电渗固结特性的影响。结果表明：超孔隙水压最终产生的负孔压与有效电压成正比;电渗-堆载联合下的非饱和土地基固结可分为两个阶段,分别主要受堆载和电渗影响;电渗联合堆载处理地基时的最终沉降是两种作用分别处理地基时的最终沉降之和,且对于低渗透性的土体,其固结速率将显著提高;此外,施加电压后涂抹系数在同区间内,超孔隙水压消散的速率差距比不考虑电压时的大,且涂抹系数越小,最终产生的负孔隙水压越大。     

双控动力固结法加固软粘土地基的应用研究

饱和软粘土含水率大、渗透性差,强夯处理时,超孔隙水压力不易消散,常规的排水措施效果不佳,而电渗降水已经被证明是一种有效的软粘土排水措施。本文提出了将电渗降水和强夯法相结合的地基处理方法——双控动力固结法,进行了双控动力固结法的处理试验,并与不降水强夯法和井点降水强夯法进行对比分析。结果表明,电渗法可迅速降低地下水位和地基土含水量,有效避免“弹簧土”的产生,提高单点夯最佳夯击能;可有效抑制夯后超孔隙水压力的急剧上升,并促进超孔隙水压力快速消散;在降水速度和土性改良方面,电渗降水优于井点降水。因此,应用双控动力固结法处理软粘土,有着很显著的加固效果。