絮凝−真空−电渗联合加固滩涂软土的模型试验研究

针对真空预压作用下排水板淤堵与排水条件受限等问题,提出絮凝−真空−电渗联合加固法。首先通过沉降柱试验确定合适的有机絮凝剂,然后采用该絮凝剂,分别在 48 h（开始介入真空预压,固结度为0 ）、60 h（排水速率明显下降,固结度为60%）及 84 h（排水速率近乎 0,固结度为 80%）时介入电渗,开展不同电渗介入时间的絮凝−真空−电渗联合加固试验。试验从排水量、十字板剪切强度、含水率与孔压等对比分析联合加固的有效性,确定其最佳电渗介入时间。试验结果表明：当固结度为 80% 时介入电渗,絮凝−真空−电渗联合加固法能够有效地抑制排水速率减小的趋势,增长有效排水时间。同时,土体的抗剪强度和承载力亦得到大幅提升,孔压消散更加均匀。此外,在阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的作用下,初始排水速率快,在一定程度上使土体的渗透性得到提升,有效地解决了排水板淤堵问题,说明絮凝−真空−电渗联合加固法具有较强的优越性。     

絮凝−电渗法联合治理淤泥质土试验研究

针对传统电渗法治理淤泥质土过程中排水效率低且治理后土体不均匀等问题,从改变软黏土颗粒自身持水特性角度出发,提出采用新型有机高分子材料阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）联合电渗法治理淤泥质土的思路。利用自制的一维电渗固结试验装置,探究絮凝−电渗法联合作用机制以及不同絮凝剂掺入比对电渗排水加固效果的影响规律。试验结果表明：与传统电渗法相比较,絮凝剂 APAM 的掺入减少了软黏土颗粒表面的结合水膜厚度,使得淤泥质土的前期电渗排水速率和累计排水量显著提升,从而降低了电渗法的平均能耗系数;同时,絮凝剂高分子长链的“吸附架桥”作用增强了土颗粒的黏结力和絮凝沉积效果,有效缓解了电渗过程中细小黏粒迁移集聚而造成的阴极淤堵问题;治理后淤泥质土的抗剪强度大幅增高,土体的均匀性也得到了明显改善,且当絮凝剂 APAM 掺入比为 0.30% 时,土体的电渗排水固结效果最佳。     

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。     

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。     

边坡电渗模型试验及能量分析法数值模拟

采用导电塑料制成的电动土工合成材料(EKG)进行了15.5 d的边坡电渗加固试验,测定了电渗之后土体等含水率分布曲线。试验结果表明,电渗加固效果是随时间从阳极到阴极逐渐扩展的,因此,越靠近阳极接入点的土体加固效果越好,越靠近阴极末端的土体加固效果越差。提出了电渗能量分析法,该方法仅要求黏性土体在排水固结开始的初始时刻是处于饱和状态,而在排水固结进行的过程中土体可以是饱和的,也可以是非饱和的。提出了基于能量分析法的电渗过程数值模拟方法,并对试验过程进行了数值模拟,模拟结果与实测结果能够较为吻合。     

室内水平电渗排水试验研究

根据多次室内试验,大致掌握了不同电势梯度下非饱和黏性土的水平电渗排水规律,从电渗排水量、排水速率、土体电阻、能量消耗、电渗透系数、耗能系数等方面对电渗进行曲线分析,通过分析大致判断电渗排水的终止条件,可以对未来电渗法的实际操作给出一定的理论依据.试验结果表明:随着通电时间的增加,土体的电阻增大,其电流减小,导致电渗排水的速率降低,出于节能的考虑,可以在电渗末期停止通电,这样做既节能又有利于电渗排水的效果.     

电渗前后淤泥质土的物理力学性质对比研究

为深入研究电渗排水对土体工程性质的影响,采用铁丝为电极,在模型箱内对南京市某河道淤泥质土进行电渗排水 模拟试验。电渗前后土的物理力学性质对比分析表明：电渗后土体的液、塑限与塑性指数均降低;电渗前后土体在相同含 水量和干密度情况下进行直接剪切试验,发现电渗后土体的凝聚力和内摩擦角均降低,即电渗后土体在特定情况下出现了 强度衰减的现象。论文基于土中阳离子流失机理对土体在特定情况下的强度衰减现象进行了微观解释。另外,利用提出的 新的电渗机理从微观角度解释了电渗过程中土体开裂现象,阳极因快速失水,最早出现裂隙,但裂隙延展范围较小;阴极 含水量始终高于阳极,且失水速度较慢,裂隙延展范围较大。值得一提的是,在以往的研究中并未关注到电渗加固过程中 土中阳离子流失对电渗后土体性质的影响。     

电渗的二维固结理论

在Esrig一维固结理论的基础上,采用分块处理的办法,就阴极排水,阳极不排水;阴极不排水,阳极排水;阴极排水,阳极排水三种情况进行了二维固结理论的解析,证明了电渗最终产生的超孔隙压力可正、可负,其极值决定于两极所加电压大小,其分布与电压的分布和边界条件有关,和初始条件无关。     

电势梯度对冻结黄土电渗效果影响的试验研究

研究发现,通电作用下冻土中的未冻水会发生迁移,这种持续的迁移是一个复杂的物理化学过程,并最终伴随着冻胀的过程.为了探究这一电场作用对冻土的影响,选取冻结冻胀敏感性较高的粉质兰州黄土作为研究对象,分析其在3、4和5 V?cm-1电势梯度作用下的阴阳极变形量、通电前后水分分布规律和电流及电能损耗.结果表明:随着电势梯度的增...     

Effects of fracture grouting with sodium hydroxide during electro-osmosis on clay

ABSTRACT

Electro-osmosis is a foundation treatment method for clay that is not widely used because of its nonuniform consolidation effect and high cost. To overcome these limitations, this study investigates fracture grouting. To determine the optimal grouting method, anode grouting, polyurethane grouting, and fracture grouting were first compared in one-dimensional electro-osmosis consolidation tests using self-made model boxes under an equal electric potential gradient, and then different solution concentrations were tested. By comparing the current, drainage rate, and coefficient of energy consumption during the electro-osmosis process, as well as moisture content, electrical conductivity, and shear strength after the tests, the moisture and shear strength of clay after electro-osmosis were found to be significantly improved by adding chemical reagents at the fracture. In addition, the optimum concentration of fracture grouting was determined to be 1.5%, and the shear strength after testing of clay that had been treated with sodium hydroxide was found to be higher than that of the control group. However, the effects of fracture grouting in the early stage were clearer than the effects of fracture grouting at later stages.