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电渗法加固软土地基研究现状及展望

来源:刀刀网
2019年第06期总第252期

FujianArchitecture&Construction

福  建  建  筑

No06􀅰2019Vol􀅰252

电渗法加固软土地基研究现状及展望

2.武汉大学土木建筑工程学院 湖北武汉 430072ꎻ3.辽宁省第五地质大队有限责任公司 辽宁营口 115100)摘 要:电渗固结法可以短时高效地提高地基承载力ꎬ且不会产生地基失稳现象ꎬ是针对软土地基应用前景较好的地基处理方法ꎮ结合国内外研究现状ꎬ简要介绍了电渗法的加固机理ꎬ着重分析了电势梯度、通电方式、电极材料与布置形式、土壤含水量、含盐量及pH值等因素对于电渗固结过程的影响ꎮ综述了电渗法的试验研究与数值模拟研究进展ꎮ基于目前电渗法国内外研究现状ꎬ指出电渗法存在的问题ꎬ并对其未来发展进行了展望ꎮ关键词:软土ꎻ电渗固结ꎻ地基处理ꎻ加固机理ꎻ数值模拟

中图分类号:TU472      文献标识码:A      文章编号:1004-6135(2019)06-0038-07

(1.西京学院陕西省混凝土结构安全与耐久性重点实验室 陕西西安 710123ꎻ

刘睿1 傅少君1ꎬ2 张瑞1 赵斌3

Statusandprospectinthestudiesofelectro-osmoticconsolidationforsoftsoilfoundation

(1.ShaanxiKeyLaboratoryofSafetyandDurabilityofConcreteStructuresꎬXijingUniversityꎬXi’an710123ꎻ

2.SchoolofCivilandArchitecturalEngineeringꎬWuhanUniversityꎬWuhan430072ꎻ

3.LiaoningprovincefifthgeologicalbrigadeCo.LtdꎬYingkou115100)

LIURui1 FUShaojun1ꎬ2 ZHANGRui1 ZHAOBin3

Abstract:Electro-osmoticconsolidationisagoodgroundtreatmentmethodforsoftsoil.Itcanimprovethebearingcapacityofthefounda ̄homeandabroadꎬthispaperbrieflyintroducesthereinforcementmechanismofelectro-osmoticmethodꎬandemphaticallyanalyzesthein ̄pHvalueontheprocessofelectro-osmoticconsolidation.Theexperimentalresearchandnumericalsimulationofelectro-osmoticarere ̄outꎬandthefuturedevelopmentisprospected.

tioninashorttimeandefficientlyꎬanditwillnotproducethephenomenonoffoundationinstability.Combinedwiththeresearchstatusatfluenceofelectricpotentialgradientꎬelectrificationmodeꎬelectrodematerialandarrangementformꎬsoilmoisturecontentꎬsaltcontentandviewed.Basedonthecurrentresearchstatusofelectro-osmoticinhomeandabroadꎬtheexistingproblemsofelectro-osmoticarepointedKeywords:SoftsoilꎻElectro-osmoticconsolidationꎻGroundtreatmentꎻReinforcementmechanismꎻNumericalsimulation

0 引言

随着人口数量与城镇规模的逐渐增加ꎬ土地资源供需矛盾成为影响人类生活与发展的主要问题ꎬ为了解决这一问题ꎬ许多沿海城市通过填海造地来扩展土地面积ꎮ沿海土体通常以软土为主ꎬ软土具有含水量高、孔隙比大、渗透性低、压缩性高、承载力低等特点ꎬ

若不进行适当的地基处理ꎬ其承载力与稳定性很难达到施工要求ꎮ过大的工后沉降会影响建筑物的寿命周期ꎬ甚至威胁到人类的生命安全与财产ꎬ因此有必要针对软土地基进行适当的地基处理ꎮ常用的软土地基处理方法为排水固结法ꎬ包含真空预压法、降水预压法、堆载预压法、电渗固结法等ꎮ然而ꎬ真空预压与降水预压对处理边界的施工要求高ꎬ排水固结速率受土体水力传导系数的影响ꎬ有时难以达到预期加固的目的ꎮ堆载预压受限于堆载材料的来源及有可能导致的地基失稳ꎬ不适用于短工期情况ꎮ电渗固结法可以短时高效地提高地基承载力ꎬ并且不会产生地基失稳等现象ꎬ是目前应用前景较好的处理方法ꎮ

电渗固结法的基本原理ꎬ是通过在土体中插入电极并接通电源ꎬ在电场力的作用下ꎬ阴离子向阳极移动ꎬ阳离子向阴极移动ꎬ并拖拽周围的极性水分子运

基金项目:西京学院特区人才科研启动专项基金(XJ18T01)ꎻ陕西省教育厅专项科研计划项目(18JK1199)ꎮ研究生创新基金项目“软土地基电渗固结试验与微观机理研究”ꎮ作者简介:刘睿(1996- )ꎬ女ꎮE ̄mail:liuruis@126.com

通讯作者:傅少君(1969- )ꎬ男ꎬ教授ꎮE ̄mail:shaojunfu69@vip.sina.com收稿日期:2019-03-09

2019年06期总第252期刘 睿等􀅰电渗法加固软土地基研究现状及展望􀅰39 􀅰

移ꎬ从而形成电渗渗流ꎮ由于水分子逐渐向阴极排出ꎬ土体会产生负孔隙水压力ꎬ即正的有效应力ꎬ土体在自重应力和负孔隙水压力的共同作用下逐渐固结ꎬ土体的强度不断增高ꎬ地基承载力得到增强ꎮ由于电渗固结法电能消耗量大、电极材料易腐蚀、后期排水效率下降等因素ꎬ在一定程度上制约了其发展ꎮ近年来ꎬ随着科技水平的逐渐提高ꎬ新材料的不断涌现、电渗加固机理的不断完善ꎬ电渗排水固结法引起了学术界和工程界的广泛关注ꎮ

子与土体中的阳离子反应产生胶体ꎬ这种胶体可以增强土体之间的粘结作用ꎬ提高土体强度ꎮ水电解产生的氢氧根离子使阴极附近的孔隙水变为碱性ꎬ在电场的作用下ꎬ土中的阳离子和阳极氧化还原反应产生的金属阳离子会逐渐向阴极移动ꎬ产生氢氧化物ꎬ而这些氢氧化物会进一步促进软土的胶结ꎬ提高土体强度ꎮ

2 电渗法控制因素研究

2.1 电势梯度

1 电渗法加固机理

电渗的加固机理包括两个方面:一方面ꎬ由于外加电场土体中的孔隙水被电场拖拽排出土体ꎬ使软土地基固结ꎬ强度提高ꎻ另一方面ꎬ由于外加电场土体中不仅会引起电渗、电泳、电迁移等一系列电动现象ꎬ同时还会引起复杂的物理化学反应ꎬ如电极的腐蚀、水的电解、离子交换、离子扩散和运移等[1-2]1.1 排水固结机理

软土含有丰富的矿物质ꎬ如高岭石、蒙脱石和伊利石ꎬ其表面带有不平衡的电荷ꎬ通常而言土体呈电中性ꎬ但由于复杂的自然环境ꎬ其表面往往带负电荷ꎮ在该负电荷的作用下ꎬ软土颗粒周围通常会吸附一层带相反电荷的粒子ꎮ水分子在空间结构上极易被周围的离子影响ꎬ形成为一种极性水分子ꎬ吸附在土体表面ꎬ形成双电层ꎮ通过电渗法给土体施加一个外加电场ꎬ能打破扩散层中原有的静电平衡ꎬ带动着扩散层内的阴离子和阳离子定向移动ꎮ由于软土颗粒表面静电力和吸附力较大ꎬ扩散层内的阳离子数量大于阴离子的数量ꎬ且扩散层较厚ꎬ在电场力的作用下ꎬ阳离子向阴极移动拖拽极性水分子向阴极定向流动ꎬ从而减少扩散层的厚度ꎬ弱结合水摆脱原本土粒的静电力和吸附力排出土体ꎮ

1.2 化学加固机理当金属材料作为电极使用时ꎬ电极的腐蚀主要发生在阳极处ꎬ通电后阳极发生了电极的氧化还原反应并伴随水的电解反应ꎬ生成金属离子和氢离子ꎻ阴极处主要发生水的电解反应ꎬ生成氢氧根离子ꎮ当采用惰性电极作为电极材料时ꎬ通电后的阴极和阳极主要发生水的电解反应ꎮ氢离子和氢氧根离子的运移会改变土体的酸碱度ꎬ金属阳离子和氢离子在电场作用下向阴极运移ꎬ金属阳离子进入土体后ꎬ会与软土本身含有的阳离子发生离子交换反应ꎮ另外ꎬ电解产生的氢离子可能使孔隙水逐渐变为酸性ꎬ进而导致一些土体中的矿物质分解ꎬ产生的酸性离

电势梯度一般作为外加电场的衡量指标ꎬ在电渗处理软土地基中外加电场的设定尤为重要Kaniraj等ꎮ

[3]针对两种泥炭土和一种有机质黏质

粉土进行电渗排水试验ꎬ发现电渗排水总量与电势梯度大小成正相关关系ꎮ由于电势梯度大导致电渗渗流速度快ꎬ含水率降低得也较快ꎬ因此有效的电势梯度衰减得较快[4]外加电势梯度不成正比ꎬ导致在试验后期ꎮHamira等ꎬ电渗渗流速度与[5]在针对高岭土的电渗排水试验中ꎬ发现电渗排水量与电势梯度不成正比ꎮ

此外ꎬ土体温度随电势梯度的增高而增高ꎬ因此在电渗排水处理淤泥时ꎬ高电势梯度可以增强土体的

干燥效果Estabraghꎬ但过高的电压也会造成大量的电能消耗ꎮ低电压下对应的电渗透系数较高等[6]和李瑛[7]ꎬ通过电渗排水试验ꎮ

ꎬ均发现另外ꎬ电渗过程中土体含水量逐渐减少会使电阻率增大ꎬ使土体出现一些干燥和开裂ꎬ导致电势损失增加ꎬ严重制约了电渗排水法在软土地基固结中的应用[8-9]ꎻBjerrum52%ꎻLo等[10]开展的电渗试验中阳极处的电势损失为等[11]所开展的电渗试验中ꎬ阳极处电势损失为25%ꎻMohamedelhassan和Shang[12]用不同电极材料开展电渗试验ꎬ结果表明阳极处的电势损失分别为24%、9%和10%ꎻ陶燕丽等[13]对比了铜电极和铁电极的电渗效果ꎬ两种电极阳极附近的电势损失分别在83%和23%ꎮ这些结果都说明了电渗过程中ꎬ在阳极附近电压折损严重ꎬ土体中的有效电势急剧下降ꎬ导致电渗后期的排水效率下降ꎮ

2.2 通电方式

通电方式方面ꎬ主要有持续通电、间歇通电和电0.极反转1~2.30V种方式/cmꎬ一般试验研究采用电势梯度范围在

取最优的电压值内ꎮ

ꎬ为了兼顾处理结果ꎬ根据实际情况龚晓南等[14]根据对间歇通电和持续通电进行对比ꎬ发现在相等的通电时长下ꎬ间歇通电的电渗处理􀅰40 􀅰福  建  建  筑2019年

效果相对均匀ꎬ但排水量偏小ꎬ且能耗系数较大ꎮMo ̄

hamedelhassan和Shang等[12]认为间歇通电可以减少电极腐蚀和能量消耗ꎮLockhart等[15]认为持续通电的排水量高于间歇通电的排水量ꎮ相反ꎬRabie[16]认为在消耗相同的电能时ꎬ持续通电的排水量低于间歇通电的排水量ꎬ并且间歇通电的排水量高出20%~40%ꎮ

Reddy等[17]对多芳烃污染土进行电渗试验ꎬ通过

性电极ꎬ但是惰性电极不存在电极腐蚀的缺点ꎮ而对于不同的活性电极ꎬ电场作用下电极的腐蚀较大ꎬ并且某些金属离子会引起一些土体污染问题ꎮ目前没有固定的结论得出哪种电极材料的效果更好ꎬ还需针对不同的土体进行电渗试验深入研究ꎬ得出最优电极2.4 电极布置形式

电极布置形式是影响电渗效果的关键因素之一ꎬ常用的布置形式有长方形、梅花形和平行错位ꎮCasagrande[28]最早在电渗加固试验中关于电极排布材料ꎮ

对比持续通电和间歇通电ꎬ得出间歇通电时对污染土冲击较大ꎬ去除污染物的效果较好ꎮ刘飞禹等[9]采用逐级加压的通电方式进行电渗试验ꎬ认为合理的电压加载方法能够降低能耗ꎬ而郑凌逶[18]认为逐级加压之所以总体能耗不高ꎬ是因为初期的低电压能耗低ꎬ并且逐级加压会加快渗流速度ꎬ使土体含水率分布不均匀ꎬ造成阳极附近土体产生裂缝ꎮShang等[19]进行电极反转电渗试验ꎬ认为电极的反转有利于土体均匀加固ꎮ

陈卓[20]采用模型试验测试了电极反转的结果ꎬ得出反转周期短ꎬ其排水固结的均匀性差于常规通电方式ꎮ而Lo等[21]通过电渗试验指出电极反转后排水量增加ꎬ且土体强度的均匀性也有所提高ꎮ目前ꎬ通电方式的选择还需进一步地进行电渗试验使其得到优化ꎮ

2.3 电极材料

常用的电极材料包括活性电极和惰性电极两种ꎬ活性电极包括铜、铁、铝等常见金属材料ꎬ惰性电极主要有石墨和不锈钢等果说明铜电极比石墨电极的排水效果好Lockhartꎮ

[22]通过对高岭土开展电渗试验ꎬ试验结ꎮ

陶燕丽等[23]通过对比金属材料和惰性材料ꎬ发现石墨在有效电势上表现更好了石墨Mohamedelhassanꎮ

、钢和铜3种电极的电渗效果和Shang[12]通过模型试验对比ꎬ发现活性电极较惰性电极的电势损失小ꎮ

王协群等[24]对比了铁、铜、铝3种金属的电渗试验效果电渗试验Mohamadꎬ试验结果ꎬ结果表明三者的排水量基本相同等3种电极均腐蚀严重ꎮ

[25]采用铁、铜、铝3种金属电极进行ꎬ而Xue等[26]则认为铁电极最佳ꎬ其排水量最大ꎬ并且有效电

势梯度下降较慢Wu等ꎮ

[27]通过对蒙脱土开展电渗排水试验ꎬ对比

了铜、铁、石墨和不锈钢4种电极的电渗排水效果ꎬ发现铜阳极的排水效果最好ꎮ

总结上述结果ꎬ惰性电极的电渗排水效果不如活

给出了建议abken等ꎬ认为平行错位排布效果最好ꎮAlshaw ̄[29]认为在二维情况下ꎬ可按电场强度将处理区域分为有效电场和无效电场ꎬ从而提出有效电场面积比概念ꎮTao等[30]对杭州淤泥进行了长方形、梅花形、平行错位3种电极布置形式的电渗效果ꎬ结果显示梅花形布置形式较矩形布置电渗效果更好ꎬ电场分布更均匀ꎬ电极的利用率较高ꎮ李一雯等[31]采用长方形、梅花形和平行错位3种电极布置形式对杭州淤泥质土进行了电渗试验ꎬ发现平行错位布置形式排水效果最佳ꎬ但电势损失较大ꎮGlendinning等[32]比较了长方形和梅花形的电极布置方式下的电渗效果ꎬ指出两种布置方式下含水率和强度的变化相当、而梅花形能耗更小ꎮ王柳江[33]对长方形、梅花形和平行错位3种电极布置形式进行了模型试验研究ꎬ得出梅花形排水效果较好ꎮ在实际工程中ꎬ还需根据成本、处理要求、方案实施可行性等进行综合考虑确定电极排列形式ꎮ2.5 土体含水量、含盐量及pH值

土体含水量直接影响着电渗加固软土地基效果ꎮ当土体处于饱和状态时ꎬ土体含水率和孔隙率成正比关系ꎬ并且决定了土体的电阻率值ꎮ

吴辉[34]研究了不同含水率条件下高岭土的电渗排水规律ꎬ得出土体初始含水率越高的情况下其电渗排水体积越大ꎮ电渗的过程实际是双电层和孔隙水中阳离子拖拽极性水分子移动的过程ꎬ可见阳离子越多ꎬ电渗排水速率就越大Bjerrumꎬ在减少土体含水率的同时可成倍提高土的抗等ꎮ

[10]认为低含盐量软土的电渗处理能耗更低剪强度ꎮ

李瑛[35]研究了电渗排水与土体含盐量的关系ꎬ分别从排水量、排水速率等方面进行了对比分析ꎬ结果说明含盐量对软黏土的电渗排水效果有很大影响ꎬ并且存在一个最佳含盐量使能量消耗最小、土体出水量大ꎮ当含盐量在0􀆰25%~1􀆰0%时ꎬ能耗系数与含

2019年06期总第252期刘 睿等􀅰电渗法加固软土地基研究现状及展望􀅰41 􀅰

盐量大致呈正相关ꎻ含盐量小于此值时ꎬ能耗系数不随通电时间改变ꎮ

石振明等[36]在蒙脱土中混入不同含量的NaClꎬ发现含量为0.5%时其电渗渗透系数越大ꎬ加固效果越好ꎮ

刘飞禹等[37]在土体中混入CaCl2ꎬ结果表明在阳Liu[38]对NaCl、KCl和CaCl23种盐分进行电渗排

力修复特征ꎬ指出电势梯度对电渗渗流与土体化学性质的影响较大ꎬ有机酸可以促进污染土的电动修复ꎮ

王宁伟等[47]研究了电极排布方式对电渗效果的影响ꎬ得出平行错位的电极布置形式能取得较好的电渗效果ꎬ阴极周围所围绕的阳极数量越多、电渗排水效果越好ꎮ

为了增强电渗固结效果ꎬ孙召花等[48]、符洪涛

极处添加CaCl2的排水效果好于在阴极添加CaCl2ꎮ

0􀆰25%时排水量最高ꎬCaCl2在含盐量为1%时排水水试验ꎬ经过对比发现NaCl和KCl在含盐量为

等[49]、乐丛欢等[50]等研究了真空预压与动力强夯联合电渗处理黏性土地基方法ꎬ当达到最佳临界含水率后ꎬ采用真空联合电渗法可以加快地基排水速度ꎮ

[51]量最高ꎬ结果表明不同种类的土体由于矿物质的组成成分不同ꎬ其对应的最优排水量下含盐量也有所不同ꎮ

的电荷不同而增高或降低pH值的增减ꎬ主要是由于土体中所含盐分所带

ꎮpH值对zeta电位大小影响最为显著ꎬzeta电位的绝对值随pH值的升高而升高[39]H表面负电荷-Sꎬ理论对电极附近电渗的效果有一定的影响ꎬ当阳极ꎮ根据ꎬ使其转变为正电荷pH值过低时ꎬꎬ影响电动电势酸化会降低土颗粒ꎬ进而减少电渗渗流ꎮ过度酸化甚至会引起电渗渗流反向ꎬ即从阴极流向阳极ꎮ

的影响Alshawabkeh[40]研究了电极附近pH变化对电渗

ꎬ表明了阳极过酸会够削弱电渗效果ꎮ而过高或过低的HpH值分别在阴阳两极聚集更多或更少的+和OH-渗透系数ꎬ产生一个相反的zeta电位势能ꎬ影响电渗验ꎬ结果发现试验中电渗渗透系数随土的酸碱度变Beddiarꎮ

[41]使用含有氯化钠高岭土来进行室内试

化ꎬ孔压、水力传导系数也受pH的影响ꎮ

3 电渗固结试验与数值模拟研究

3.1 试验研究

为了探讨电渗固结方法对土体的固结效果ꎬ学者们通过开展模型试验或原位试验进行系统的研究试验设备Micicꎬ等ꎮ

[42]设计了耦合竖向堆载与水平电渗的研究表明外荷载与间歇通电可以提高电渗排水效率Abdullahꎮ

极处添加电解液后离子种类与物理性质的变化等[43]与Ou等[44]通过监测了土体在电ꎬ并提高了土体强度Xue等ꎮ

[45]研究了电压与温度对海相黏土电渗固结效果的影响ꎬ指出阳极腐蚀会造成电压损失ꎬ高电压与温度会减少土体含水率Cameselleꎬ增加土体抗剪强度ꎮ

[46]采用模型试验研究了污染土的电动

臧俊超等基于电渗试验对易溶盐对黏土固结特性的影响进行了研究ꎬ指出电源电极差对电渗加固效果起主要作用ꎬ当离子浓度条件与电场条件均处于最佳状态电渗的排水速率达到最大ꎮ

胡黎明等[52]研究了不同电极材料与电压加载方式对土体电渗固结的影响ꎬ合理的逐级加载电压方式能降低电能消耗ꎬ提高电渗排水量及后期电渗效率ꎮ

3.2 数值模拟

随着数值计算的发展ꎬ有限元和有限差分等数值模拟方法也成功应用于电渗固结排水过程预测中了电渗固结的理论解Lewis和Humphesonꎮ

[53]利用有限元数值解法得到ꎬ解释了电场作用下的水头分布ꎬ分析了地下水位在电场作用下的变动情况ꎮ

吴伟令[54]基于比奥固结理论建立了电渗加固的三维理论模型ꎬ将渗流场、应力变场、电场耦合起来ꎬ基于该理论模型发展了数值计算模型并对堆载-电渗联合的二维模型进行了分析ꎮ

王柳江等[55]发展了电场、渗流场和应力耦合的电渗固结数值分析方法ꎬ模型考虑了非饱和区的影响ꎮ

水过程中土体力学参数的非线性变化Wu[56]等在电渗固结排水数值模拟中考虑了排

ꎬ发现考虑土体力学参数的非线性变化度计算得到超静孔压变化以及固结度曲线具有较大影响行了分析Zhouꎬ等ꎮ

[57]通过有限差分方法对一维电渗问题进分析中考虑了土体物理力学参数的非线性变化Yuanꎮ

题进行了有限元分析和Hicks[58]对大变形条件下的电渗固结问ꎬ将得到的数值模型与实际应用进行对比后ꎬ发现该方法得到了更可靠的预测结果ꎮ

庄艳峰和王钊等[59]研究了数值电渗方向下软土的一维电渗理论ꎬ之后从能量的角度建立了电渗的电荷累计理论和能级梯度理论ꎬ并计算出电渗过程中累计排水量、孔压分布、能量消耗等指标的表达式ꎮ

􀅰42 􀅰福  建  建  筑2019年

4 工程应用

电渗法适用于含水量高、孔隙比大、渗透性低、压缩性高、承载力低的淤泥、软土等ꎬ特别适用于流塑状态下土体的固结排水ꎮ早在1939年ꎬ德国某铁路工程中便将电渗固结法成功使用于边坡开挖中[60]ꎬ意大利比萨斜塔软土地基的纠偏方案中也同样用到了电渗固结法[61]ꎮ新加坡填海工程中ꎬ通过使用电渗排水固结法ꎬ地基强度明显提高[62]ꎮ而在国内ꎬ也有大量实际工程得到了良好的应用ꎬ且逐步向多个领域虽然可以考虑多种因素的影响ꎬ但较为复杂ꎬ难以直接应用于电渗法工程实践ꎮ

为了推广电渗固结法的工程应用ꎬ结合现有研究成果ꎬ凝练关键科学问题ꎬ未来期望从以下几方面开展电渗固结研究:①土体电渗微观机理研究ꎮ通过开展微观结构、化学成分、矿物成分、颗粒表面电荷与双电层性质等电渗微观机理研究ꎬ使电渗法在微观机理研究上得到补充ꎮ②电渗固结现场试验研究ꎮ目前已有研究成果大部分基于室内模型试验ꎬ与实际工程应用结合还不够完善ꎬ开展电渗现场试验可以为理论扩展ꎬ如矿山胶结充填料的脱水、铁路路基的整治、淤混凝土的防潮滤水等ꎮ刘凤松等[63]利用了真空联合电渗及低能量强夯法ꎬ在广州造船基地某处的处理为工期的加快提供了可行方案ꎮ电渗法加固软土地基不仅可以单独使用ꎬ还可以联合其他工法进行地基处理ꎮ电渗法联合真空预压法处理地基ꎬ可使土体的被动排水变为主动排水ꎬ充分排出土体中的自由水和结合水ꎬ并且可以弥补真空预压法在深层地基中排水加固的不足ꎮ电渗法联合堆载预压法处理软土地基ꎬ可以大大减少传统堆载预压法处理地基工期较长的问题ꎬ并且可以减少电渗法排水时土体由于电阻率增大而产生的裂缝ꎮ电渗法联合强夯处理地基时ꎬ可以先使用电渗法使土体有饱和变为非饱和ꎬ再联合强夯处理出饱和土体ꎬ两法可交替进行ꎬ直至符合工程要求ꎮ如今如何高效地加快施工工期已经成为关注的要点之一ꎬ电渗法加固软土地基的方式在工程上的应用还有很大的发展空间ꎬ并且在其他领域也有较大的应用前景ꎮ

5 电渗法存在问题及展望

近年来ꎬ电渗固结法得到了快速发展ꎮ然而ꎬ电渗加固软土地基技术仍处于探索阶段ꎬ其在实际工程中的推广应用需要更系统与深入的研究ꎮ针对目前电渗固结法研究现状ꎬ主要存在以下问题:①电极腐蚀现象ꎮ电极腐蚀和电能的浪费引起电渗效率降低ꎬ并且由于地下水的毛细作用ꎬ电渗过程中发生的电极反应生成物会随着电渗作用进入土体中ꎬ对周围地下造成污染ꎮ②电渗法对土体的加固不均匀ꎮ由于含水率的降低、电阻率的减少ꎬ产生了一些裂缝ꎬ裂缝影响电场分布ꎬ增加电渗排水难度ꎬ影响土体加固均匀性ꎮ③现阶段电渗法费用较高ꎮ由于电极的腐蚀和电势损失在一定程度上加大电渗法加固的费用ꎬ需要从效果和费用上综合考虑电渗法的使用是否经济合理ꎮ④合理设计计算方法欠缺ꎮ已有电渗固结理论

和数值分析提供大量实验数据ꎬ矫正和提高理论与数值模拟的预测能力ꎮ③新型电极材料研究ꎮ抗腐蚀、易导电、低成本的电极材料的研究开发是电渗加固技术大面积推广应用的前提条件ꎬ如在已有的EKG电极上结合导电高分子材料进行研究ꎬ服务于实际工程ꎮ④纳米材料促进电渗固结试验研究ꎮ基于不同性质的土体ꎬ掺入混合纤维法(如纳米材料)以及电渗注入盐溶液(如环保型溶液等)ꎬ完善电渗透系数和土体性质之间的关系ꎬ建立数据库ꎮ⑤电渗联合其他工法研究ꎮ在电渗法联合其他工法处理地基上进行充分的试验ꎬ如两种或两种以上的加固方法联合进行模型和现场试验ꎬ得出更加高效快速的地基处理方法ꎮ

6 结论

结合国内外研究现状ꎬ介绍了电渗固结法的加固机理ꎬ分析了多种因素(电势梯度、通电方式、电极材料与布置形式、土壤含水量、含盐量及pH值)对电渗固结的影响ꎬ综述了电渗法的试验与数值模拟研究进展ꎬ论述了电渗法的适用范围及工程实例ꎬ基于电渗固结法研究现状ꎬ指出目前电渗法存在的问题ꎬ并对未来发展进行了展望ꎬ研究认为ꎬ电渗法是一种高效的软土地基加固方法ꎬ应用前景较好ꎮ然而ꎬ目前针对电渗固结特性及机理的研究不够充分ꎬ应用技术并不成熟ꎬ许多问题亟待解决ꎮ

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2019年06期总第252期刘 睿等􀅰电渗法加固软土地基研究现状及展望

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