摘要：通过模拟电势场的分布来更好的解释土体加固后承载力的分布规律。利用Matlab对不同时刻、不同截面的电势场进行模拟，得出电势场的分布规律。通过对比承载力的分布与电势场的分布，可知电势场与承载力存在一定的相关性，电势场越强最终的加固效果越好，承载力越大。
关键词：电势场分布；土体加固；承载力
1、引言
基于电势场分布模拟的需要，利用自制试验装置对钠基膨润土进行三组室内试验，对试验装置进行改进，分析试验过程中裂缝发展及表面沉降等，并对试验过程中的电流变化，排水量，排水速率，电势损失及孔隙水pH值等进行分析。针对电渗过程中电场分布问题进行数值模拟，首先对轴对称电极布置情况进行一维电势场模拟，然后根据苏金强对电渗固结理论[1]中所采用的二维模型进行二维电势场模拟[2]，之后依据所用试验模型，对试验进行三维电渗场模拟，并与试验结果进行对比，验证模拟结果的可靠性。
2、基于Matlab一维电势场模拟
2.1 基本假定
为对电渗作用下的一维电势场进行模拟，得出电渗过程中的电势场分布，需做以下假设：
1.假设土为均质、理想的弹性材料；
2.土体内各位置温度场一致；
3.土体变形属于小变形；
4.土的固相与液相均不可压缩；
5.土的渗透服从Darcy定理；
6.变形过程中土的渗透系数与压缩系数为常数。
7.忽略电渗加固过程中土体裂缝对电势的影响；
8.忽略土体内发生的化学反应、相变、土颗粒因电泳、离子移动等产生的电流等因素对电势的影响；
9.忽略电势在加固过程中各方向间的相互影响。
2.2 不同方向的电势曲线拟合
基于已有的试验数据，如图1所示，分别对电渗[3]过程中的x，y方向的电势进行曲线拟合。根据试验过程中的电势分布情况，经过拟合后，发现对x方向的电势分布进行指数函数形式拟合，y方向进行二次函数拟合，根据拟合结果，通过编程，对电势场的空间分布情况进行求解。对x，y方向分别选
与
的曲线模型，根据不同时刻不同数据的拟合结果，对其进行取平均值，最终得到不同时刻x，y方向的拟合函数。选取t=0h时间节点，分别对不同时刻的x，y方向的电势进行拟合。
2.3 一维电势场分布模拟
根据以上对不同时间点x，y方向对电势分布的拟合结果，由Matlab求解得到空
间电势场的分布如图2所示，为试验t=0h的电势场分布。对比图1与图2可知，通过Matlab计算得到的电势场分布与实际测得的电势场分布基本一致。试验过程中，因为默认阳极位置的电势为输入电压，即为30V，阴极位置的电势默认为0V，故与图1中给出的电势变化趋势
相同。由图2可知，0h时，阳极位置处的电势最高为30V，阴极位置处的电势为0V，与实际监测到的最高电势值、最低电势值相同。故通过Matlab对电势场的模拟，通过假定条件，可以较准确的模拟出电势场的分布情况，与实际监测结果较为吻合。
图1电势变化图 图2电势场分布图
3、电势场分布与承载力间的关系
对比图3与图4可知，电势场的分布与承载力的分布存在一定的相关性。电势场的场强最大位置处出现在阳极附近，然后沿着电极直线逐步衰减，对比图3，阳极区域的加固强度最大，阴极最小。
图3 电势场分布平面图 图4承载力分布图
4、结论
（1）利用Matlab对电势场的模拟，电势场分布与实际监测电势的分布基本一致。
（2）对比承载力分布的等值线与电势场分布图可以看出，土体的加固效果很大程度上受电势场分布的影响，电势场越强，最终的加固效果越好。
（3）电势场自阳极至阴极呈逐渐递减的趋势，但电极连线间的电势场强度在该横截面的数值最大，故通过电势场的分布可以更好的解释土体加固后承载力的分布规律。
参考文献：
[1]苏金强，王钊.电渗的二维固结理论[J].岩土力学，2004，25（1）：125-131.
[2] 余飞，王小刚，陈善雄等.软土电化学桩加固室内模型试验研究[J].岩石力学与工程学报，2013，32（增1）：2716-2722.
[3] 王宁伟，张雷，修彦吉，矫军.非饱和黏性土电渗排水试验[J]，工程力学，2013，30（增）：191-194.
论文作者:颜克顺,王宁伟,高井超,张雷,李泽民
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/13
标签：电势论文; 承载力论文; 过程中论文; 阳极论文; 方向论文; 阴极论文; 中土论文; 《基层建设》2018年第19期论文;