摘要：软黏土具有含水量高、强度低、压缩性大等不良的工程性质，需要经过加固才能作为地基使用。热加固法具有快速、高效的特点，且节约造价；利用自制的加固装置对软土进行加固，对加固过程中的各种现象进行总结，分析了加固过程中的温度规律、核心区发展的基本规律，并对加固效果做出评价。
关键词：软黏土；电加热法；地基处理
1引言
软土处理是岩土工程研究的主要课题之一，研究方法多种多样，很多方法应用也比较广泛成熟，各有优缺点[1]。热加固法起源于18世纪，历史悠久，已经出现的方法有焙烧法、电流热加固法、超高频电磁场辐射法、电加热加固法等[2-4]。电加热加固法拥有焙烧法的优点，克服了传统焙烧法加固不理想、使用条件限制多的不足，同时具有能源无污染、转化率高的优点，在工程应用中前景广泛。
2电加热法基本原理
众所周知，黏土砖瓦坯体经过加热焙烧后就会变成具有一定强度的建筑材料——砖和瓦[5-6]。电加热法发就是在加热过程中，原来的黏土坯体发生了一系列质的变化，如发生矿物结构的变化，生成新的矿物|发生分解，化合，再结晶，发生扩散，烧结、熔融发生颜色、容重、吸水率等变化。同样，在地下土体中加热至一定温度也能产生上述的物理化学变化，使土体特征改变，强度大大增加[7-11]。
3试验方案
3.1试验装置
本文根据试验研究需要，自行制作了一套可行的室内软土电加热加固试验的装置，如图1所示。该装置包括：土样试验箱、加热管、导线等。
图1 软土电加热加固试验装置示意图
3.2试验方案
电加热加固法的研究较少，本试验通过加热装置对软土进行处理，通过室内试验研究，对电加热加固法的现象、结果和基本规律进行总结，详细数据见表1。
表1试验基本参数
温度计布置位置即为温度检测点位置，检测点1～5对应距离加热管外边缘4cm、6cm、8cm、10cm和12cm，检测点位置示意图如图2所示。
图2 检测点位置
4试验结果分析
试验是为了探究电加热加固法的基本规律而设计，主要研究温度变化规律、区域变化规律、强度变化规律和加固区域变化规律等。土样物理力学指标如表2所示。
表2淤泥质粉质软土的物理力学指标
4.1 试验现象
试验现象如图3所示，现从颜色和裂纹两个角度进行描述：
颜色：通电开始后，管体在十分钟内变成红色，呈高温状态；加热管周围土体的颜色从灰黑色～深灰黑色～灰白色～粉红色，以灰白色为外边界，形成一个以管体为中心的圆形区域。
裂纹：通电开始之后，几分钟内，套管周围开始出现细小收缩裂纹；从套管外边缘位置，向远处不断发展；对试验过程中出现的裂纹进行了总结，按照形状分为两种：环形裂纹和辐射状裂纹；两种种裂纹都是从窄到宽，从小到大，从短变长，从上到下开裂宽度逐渐减小，通电结束时，开裂严重；如果土质均匀，裂纹倾向于均匀分布，环形裂纹呈圆形，辐射状裂纹一般有四条，并以加热管为中心对称分布。
图3电加热加固现象
4.2试验结果及分析
（1）加固效果：从加固形状分析，加固区域人工分离出来之后，呈现出圆柱状块体，由于上表面排水条件比下表面有利，上表面略微大于下表面，详见图4。
从承载力角度分析，灰白色圆形区域内的承载力强度非常高，用微型贯入仪只能检测灰白色圆形区域的外侧部分，加热管周围的内侧部分，即使使用贯入仪最小探头依然无法检测，强度以加热管为中心，向外强度不断减小，承载力等值线如5所示。
核心区：由于在灰白色圆形区域内强度非常高，软土处理效果较理想，规定这一部分区域为核心加固区，简称核心区。核心区以加热管为中心，随着时间推移不断向远离加热管扩大。
图4加固效果
图5 承载力等值线（单位：100kPa）
（2）核心区变化规律：核心区的发展象征着加固区域的扩大随时间不断增加，核心区区域变化趋势如图6所示。
图6核心区变化曲线
核心区的发展刚开始增长速率较大，随着时间延长，增长速率慢慢变小。通电5h后，核心区半径加热半径的5.2倍，通电10h后，核心区半径加热装置半径的7.3倍，从2个倍数关系上也能看出，增长速率的变缓,主要原因在于随着半径的增加，加固体积不断增加，扩展同样的半径需要更多的能量，需要更多的时间。
5结论
（1）加固过程中土体开裂，裂纹形状可以分为环形裂纹和辐射状裂纹两种；土体加固形状近似呈圆柱状，直径从上到下略微缩小；灰白色土体区域内的强度非常高，定义为核心区域，并定义核心区域半径为加热装置中心到白色圆形区域外边缘的距离与加固装置的比值；核心区含水率下降为0.02%，可视为不含水。
（2）检测点的温度可分为三个阶段：上升段、平台段和快速上升段，分别对应自由水、弱结合水和强结合水的丢失，水的比热容大于土粒的比热容，当水分丢失以后，温度上升速率也明显增加。
（3）核心区半径随着时间推移不断增加，但是增长速率缓慢减小。核心区半径的增加，加固区域增加的体积也在增加，需要的时间也随之增长。
参考文献：
[1]魏汝龙．我国沿海软粘土特性及其工程问题[J]．水利水运工程学报，1985（3）：113-125．
[2]龚晓南．地基处理技术发展展望[M]．北京：知识产权出版社，2004．
[3]WU C C，HUANG C，LEE D J.Bound water content and water binding strength on sludge flocs[J].Water Research，1998，32（3）：900-904.
[4]宋汉堂．湿陷性黄土地基热加固方法的试验研究[J]．铁道建筑，1982（05）：27-31．
论文作者:王宁伟,李泽民,柴高炯,颜克顺
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2019/1/7
标签：核心区论文; 裂纹论文; 半径论文; 电加热论文; 区域论文; 强度论文; 灰白色论文; 《基层建设》2018年第32期论文;