软黏土电渗系数影响因素及提高方法的试验研究

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电渗法被认为是处理高含水量、低强度、高压缩性软土很有前途的方法。我国沿海、沿河广泛分布的深厚软粘土、围海造陆的大量开展,以及日益重要的环境岩土工程,都为电渗法提供了良好的发展契机。电渗系数是电渗法的重要参数,然而现有对电渗系数的研究存在诸多矛盾之处,因此,有必要对其展开系统、全面的研究。本文选取了三种外因、四种内因对电渗系数的影响因素展开研究,并从提高电渗系数的角度出发试图找到提高电渗效果的方法。本文主要工作和研究成果如下:(1)总结现有文献,选取电势梯度、电极材料和电极间距三个因素进行单因素一维电渗模型试验研究外因对电渗系数的影响,发现外因影响的仅为总电渗系数,而对有效电渗系数几乎无影响,因此可认为有效电渗系数反映土本身的电化学性质。(2)从Helmholtz-Smoluchowski模型出发找出可能对电渗系数有影响的内因:含水量、易溶盐种类(兼论pH值)、含盐量和腐殖酸含量,对它们进行了单因素模型试验,发现含水量对电渗系数的影响较大,含盐量次之,易溶盐种类(pH值)、腐殖酸(有机质)含量的影响很小。从总排水量、排水速率、有效电势差、电渗系数四个角度论证界限含水量的存在,电渗系数在界限含水量以下随含水量增加而增加,界限含水量以上差别不大,对于笔者研究的杭州软粘土界限含水量约为70%。在所研究的含水量范围内最小电渗系数约为最大值的50%。(3)从排水效果和经济性两方面评价电渗法工程适用性。认为其适用于处理高含水量、低含盐量(0.5%以内)和较低有机质含量(5%以内)的土,不适用于高含盐量(2%)、高有机质含量(超过20%的泥炭)的土,对于处理较高含盐量和较高有机质含量的土应谨慎对待。(4)为提高电渗系数,受Krishna R. Reddy试验启发向土中注入化学溶液(絮凝剂),研究了絮凝剂种类、注入位置、浓度对电渗系数的影响,发现其影响都不大,因此注入絮凝剂不能有效提高土的电渗系数,但对于减少电渗能耗有所帮助,其中聚丙烯酸浓度2%、5%时降低电渗能耗系数超过20%。(5)讨论了Helmholtz-Smoluchowski模型,认为其主要存在两方面的问题:其一夸大了水流的驱动力,其二仅能考虑饱和土电渗,这导致该模型部分预测结果与试验结果不符。(6)针对文献中提出的电渗法对深层土体处理效果不佳的问题,开展了电渗-堆载联合气压劈裂试验。结果发现电渗-堆载联合气压劈裂试验相对电渗-堆载试验底层土的抗剪强度提高34.6%,这对于某些对深层土体加固效果有较高要求的工程有一定的借鉴意义。
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