沈阳建筑大学 土木工程学院 辽宁沈阳 110168
摘要：采用软黏土，对两种不同电极布置形式的电渗试验的试验过程和结果进行对比分析研究，通过分析电极的电流变化、排水量、含水率、土体承载力以及抗剪强度等指标对试验结果的影响，探讨了电渗对软黏土加固效果的影响。结果表明电渗排水速率是较高的，排水效果明显；电渗排水后土体的强度（承载力、抗剪强度）均得到提高。
关键词：软黏土；电流；强度；排水速率；
1引言
室内模型试验是认识物理现象和解决实际问题的重要手段，通过介绍电渗法的排水作用原理、双电层模型以及电渗和电化学的加固机理，自行设计试验装置，对两种不同电极布置形式的电渗试验的试验过程和结果进行对比分析研究，通过分析电极的电流变化、排水量、含水率、土体承载力以及抗剪强度等指标对试验结果的影响，探讨了电渗对软黏土加固效果的影响，为电渗法的推广和工程应用提供理论指导。试验装置由试验主体装置、可控式稳压直流电源以及测量仪器几部分构成。如图1所示为本次电渗试验装置示意图，图2为电渗注浆试验示意图。
2 实验装置与步骤
本次试验主体装置由土工塑料试验箱、金属电极、注浆管、化学浆液、中砂、导线等构成（如图1所示）。试验步骤：（1）将原状土剔除砂石后进行烘干，筛分，加适量水调匀，配制成目标含水率的软土，静置72小时，清除表面积水；（2）制备砂槽：砂槽内采用中砂，用清水过滤掉灰尘、泥块等杂质，并将润湿后的中砂分层装填于砂槽中，边装填边用搅拌棒挤压密实，装填完毕后，在砂槽边缘放一层纱布用以隔绝试验土样；（3）将塑料箱表面润湿，将试验土样分层均匀放置于试验箱中，确保其含水率均匀；（4）称电极重量，布置电极及注浆管，用导线将电极按照要求相连插入土体；注浆管外边缘包一层过滤布，用以隔绝试验土样，避免土样进入管里，与此同时为避免注浆管与阳极接触发生腐蚀，插入注浆管时，保持注浆管外边缘距离电极中心1cm；（5）在排水孔处放置量筒，用以测量和记录电渗过程中所排出的水；（6）连接电路，设置电源电压，开始通电后，每隔半小时测量一次电流和排水量；电化学注浆试验按照试验要求每隔固定时间用量筒量取相应的浆液注入相应的注浆管；（7）用微型贯入仪在电渗后的土体表面每隔2cm处选取检测点进行承载力和抗剪强度的测量；（8）按照试验要求取土样，采用烘干法测量含水率。称腐蚀后的电极重量，计算电极腐蚀重量；（9）清理试验装置，分析数据；
3 试验结果分析
3.1 排水量
图3 排水量随时间变化
电渗排水后，黏土样和原状土样的含水率均有显著的降低，其中黏土试样在电渗前含水量为50.01%，电渗后黏土含水量平均降低为33.58%，平均降幅为16.43%；原状土样的含水率加固前为37%，电渗加固后的原状土的含水率平均降低为23.6%，降幅为13.4%。排水量随时间变化图如图3所示。
3.2 电流变化
电流随时间的增加逐渐减少。从电流曲线可以看出，电渗开始后电流增长。随着电渗的进行电流出现波动变化，电渗至第五小时开始电流逐渐降低。可见在整个电渗过程中电流变化成衰减趋势。
图4 电流随时间变化
3.3 能量消耗
能耗随试验时间的增长而增大。从能耗曲线可以看出，电渗后一阶段，能耗增长较快。在电渗试验中，通电用时16~24小时，在开始的两小时内，能耗变化量不大，从第3小时到第10小时之间，能耗累计曲线基本呈线性增长的趋势；在随后的第11小时至第13小时之间，能耗累计曲线仍然呈线性增长，说明该段时间的能量消耗更大，直至试验结束，最终总能耗量为158w·h。
图5 能耗随时间变化
4 结论
对两种不同电极布置形式的电渗试验的试验过程和结果进行对比分析研究，从排水量、能量消耗等几方面进行了分析，得出以下结论：
（1）从电渗试验可以看出，电渗排水速率是较高的，排水效果明显；
（2）电渗排水后土体的强度（承载力、抗剪强度）均得到提高；
（3）电渗注浆相比电渗排水土体强度提高的幅度更大，且阴极区域的强度也得到大幅度的提高；
（4）进一步电渗注浆试验表明，改变浆液后，土体的强度和加固范围都得到显著提高；
（5）本次试验是能耗为0.158/kwh，换算立方米能耗约为35kwh/m3，考虑其它损耗，约合40~50kwh/m3。
参考文献
[1]曾国熙、高有潮.软黏土的电化学加固.浙江大学学报，1956.2：12-35
[2]李瑛、龚晓南.等电势梯度下电极距对电渗影响的试验研究.岩土力学，2012，33（1）：89-95
[3]刘铁.多电极电渗及电化学加固软黏土的试验研究.[硕士学位论文].沈阳.沈阳建筑大学.
论文作者:鲍万强,王宁伟,王松,高井超
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年2期
论文发表时间:2019/6/14
标签：电极论文; 黏土论文; 电流论文; 排水量论文; 强度论文; 注浆论文; 承载力论文; 《建筑学研究前沿》2019年2期论文;