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文献综述1电渗机理和电渗理论俄国学者Eeuss在1809年首次发现了在外加电场作用下,地下土体中的水分可以从阳极移动到阴极,并把这称之为土体的电渗现象。
1939年Casagrande[1]首次将电渗技术应用于岩土工程当中并取得较好的效果;Esring[2]建立了一维电渗固结方程,从理论的角度系统的阐述了土体的固结变化过程;Shang[3]等人提出了竖向排水电渗联合堆在模型,通过水平和竖直方向的水力渗透系数相等的关系建立了二维电渗理论;2003苏金强[4]在Esring的一维电渗理论的基础上,分块求解了三种排水边界的二维理论解析解,描述了孔压变化规律;王柳江[5]等人从堆载联合电渗固结的角度求解了孔隙水压力和沉降量的解析解,论证得到其更符合实际变化规律。
以上电渗固结理论虽然能够描述土体固结过程中各参数的变化规律,但是这些都是基于理论假设,过于理想化,并没有具体应用于实际工程。
于是,部分研究人员决定通过数值分析解决电渗问题。
20世纪80年代Lewis[6]等人发展了电渗有限元方法;Curves[7]在处理淤泥电渗问题时引入了有限差分法;吴伟令[8]等人结合Biot固结方程、水流和电流的连续方程建立了多耦合电渗控制方程,并将土体导电率等参数的非线性变化规律引入到有限元软件中,使其更贴近实验分析。
虽然数值分析相比较理论分析有了大幅度提高,但与实验结果仍存在部分误差,例如电渗透系数不是固定的,它与土体的含水量和含盐量有关[9]。
以上只是部分电渗固结的理论分析和数值分析,这些只能较准确的描述电渗问题。
根据这些,Bjerrum[10]在挪威某流塑性黏土的基坑工程中利用了电渗处理法,并取得了很大的成功。
2电渗技术2.1 电极方面在电极材料方面,Mohamadelhassan[11]等人指出了接触电势损失只与阳极材料有关,并指出铜电极要优于铁电极;2013年陶艳丽等人[12]用铜和铁作为电渗阳极材料对杭州某淤泥基坑进行电渗加固,结果表明铁电极要优于铜电极;周建[13]在杭州软土中研究了常用金属和石墨电极,发现石墨电极在较高的电势梯度下表现较好。
以上研究结果表明,电极材料的选择要依据实际工程中的土质而定。
电极布置情况,Glendinning等[14]比较了矩形和梅花形的电极布置形式,结果发现梅花形能耗更小;王宁伟[15]研究了电极间距离对电渗的影响,结果发现在其他条件不变的情况下,随着电极距的减小,电渗排水速率增大;李一雯[16]进行了矩形、梅花形和平行错位三种电极布置形式的室内试验,结果发现平行错位布置的效果最好。
电源输出电源输出是影响电渗效果的重要影响因素之一,其中包括稳压、稳流的输出方式,持续通电、间歇通电的通电形式,电压和电流的输出大小等。
1980年Yoshida[17]指出在消耗相同的电能时,稳压输出的排水量要大于稳流的;Lockhart等[18]在良好排水条件下,持续通电的排水量要大于间歇通电;曾国熙[19]则发现白天通电,晚上间歇的方式能明显提高土体的电流;王俊波[20]也指出间歇通电可明显增加电渗效果。
外加电压的大小也影响着电渗加固的效果,1996年Shang[21]等人指出在某临界电压下,电渗效果随外加电压增大而逐渐增大,加固效果更好;焦丹[22]进行轴对称电渗试验,结果表明在高电压下土体累计排水量逐渐增大,电渗效果优于低电压;陈雄峰[23]通过太湖疏的电渗试验,结果表明当电势梯度增大时,排水速率和最终排水量也将增大。
从以上文献可以看出,电源输出虽然能提高电渗效率,但在实际工程当中,还需进行更系统的试验和理论分析。
电渗联合其他方法(1)电渗联合预压预压的方式可分为堆载和抽真空。
堆载是指通过加载增大土体总应力,联合电渗后改善电极与土体的接触,减少裂缝的产生,从而增大电渗效率。
Tuan[24]通过多组对比试验得出电渗联合堆载预压的土体固结效果要高于单独的电渗或堆载;高志义[25]通过室内试验得出,电渗联合真空预压会提高3-5倍的加固效果;徐伟[26]在Esing的电渗理论基础上建立了真空联合电渗的固结方程,并通过室内试验验证了其科学性。
(2)电渗联合强夯强夯法施工简单、加固效果明显,但是有时受到土体类型的限制,比如饱和软黏土或淤泥质土。
电渗联合强夯法是先利用电渗排水,然后再用强夯加固。
赵建国[27]在珠海某变电站的软土处理工程中分析了电渗联合强夯可以明显增大软土的抗剪强度和承载力;白金勇[28]等人归纳分析了真空-电渗-低夯法的技术要点和加固效果;刘凤松[29]结合广州某造船厂基础工程,利用真空-电渗-低夯技术处理软基,并将该技术推广。
以上的各种技术影响着电渗效果,实际工程当中往往也通过多种方式联合施工,以提高工程效率。
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