摘要：采用重塑软土，对不同电极间距比对电渗效果进行了室内试验研究，通过分析电流变化，排水量，排水速率以及能耗变化对比其对电渗效果的影响。结果表明：电极数越多，电渗效果越好，但若电极数过多，电渗效果反而会下降。
关键词：电渗；多电极；排水量；电极间距比
引言：
我国地域辽阔，地理条件复杂，地质构造形式多样，大量的海相、湖相及河相沉积软弱黏性土层广泛分布于我国的东南沿海和某些内陆地区。软黏土具有高含水量、高压缩性、低抗剪强度和弱渗透性等不良特点，给工程实践带来了诸多苦难，因此在进行工程建设前，必须对软黏土地基进行适当的处理，处理软黏土地基时常采用排水固结法，其中电渗排水固结法应用广泛，电渗排水固结法具有固结速度快、安全环保等优点。但由于电极腐蚀、能耗大等技术问题没有得到很好的解决，导致电渗在很多地方还存在很大的局限性，无法成为软土处理中的常规手段。庄艳峰[1]研究了排水固结的设计理论和方法，探讨了电渗法处理大面积深厚软土地基问题，依据电渗能级梯度理论提出了电渗排水固结的设计方法；郑凌逶[2]为了对电渗法加固地基试验进行进一步研究，研究了如何确定控制因素实验规范和准则、如何先考虑机理后设计试验以及如何强化单因素试验等；张雷[3]研究了电渗排水固结中电级材料的对比试验研究，采用辽宁沿海地区淤泥质软土，对铁、铜、铝和新型复合电极等不同电级材料进行室内电渗排水固结试验，说明了新型复合材料的优越性；高井超[4]研究了双电渗联合排水技术，研究结果表明双电渗联合排水可以缩短排水时间，增加排水量。但是目前针对于多电级组电渗排水固结试验的研究目前国内尚未成熟，因此，对多电级组电渗排水固结问题的深入探讨，在完善电渗固结理论和指导电渗实践上的应用上都具有极其重要的价值。鉴于此，本人在研究电渗相关理论的基础上，利用自主研制的材质为工程塑料的大尺寸模型箱采取多对电级对软黏土进行加固。
1 室内试验
1.1试验装置：试验装置采用自主研制的材质为工程塑料且体积为440×200×320mm3的大尺寸模型箱。电极连接到稳压电源，土体在正常温度与湿度条件下受直流电的作用模拟现场试验。土表在试验过程中自然干燥，试验箱左右两侧布设土工布。设置电流表与电压表测量试验过程中土体的实时电流与电压。阴极底部设置一个小孔，用量筒来储存并测量电渗排水固结中土中所排出的水，实时观测排水量的变化情况。
1.2试验方案：试验所用土样取自沈阳地区，土样为粉质黏土，黄褐色，含杂质，稍有光滑，韧性中等，干强度中等，呈软塑~流塑状态。按照土工试验规程将软土进行重塑，通过晒干，捣碎，过筛，称重，加水搅拌等，得到含水量为34%的重塑土。
电极组电渗排水固结试验采取多对电极对软黏土进行加固，因采用多对电极时，存在多个阴阳极之间的距离，故每组试验中存在多个电势梯度。本文提出电极间距比的概念，定义两相邻同性电极间距（D）与两相邻异性电极间距（d）为电极间距比，用RES表示。探讨电极间距比的影响。
试验由A1~A3、B1~B3组成，A组试验的初始输入电压为30V，初始含水率为48.9%。因电极布置不同，即每组试验的电极数量不同，故RES不同，又因存在不同电极距，故对应多个不同的电势梯度。通过对电流、排水量、能耗的分析，探求电渗试验中不同RES对软黏土加固效果的影响。B组试验的电极布置与A组相同，故其RES与A一致，其初始含水率为46.7%，初始输入电压为40V。试验结束后将A与B对比分析，得出适合该类软土的最佳电压与RES。
图1 A2和B2的电极间距分布图（cm）
图1为A2和B2存在的异性电极距，两组试验RES均为0.75，其初始输入电压分别为30V与40V。故A2的电势梯度为30/20=1.5V/cm，30/25=1.2V/cm，30/36.05=0.83V/cm；同理，B2的电势梯度为2V/cm，1.6V/cm，1.1V/cm。其它试验的电势梯度计算方式相同。
2.试验结果分析
2.1电流变化：图2为试验的电流变化曲线，由图可知，试验初期A、B的电流曲线均呈升高趋势，持续约4小时，之后电流逐渐降低直至电渗结束，且随电势梯度的升高，RES的减小，电流升高与降低的幅度逐渐变大，电渗结束时间逐渐缩短。图2（a）为A的电流曲线，随电极对数增加，RES的减小，试验的初始电流越高，升高幅度越大，下降的速率逐渐加快。因存在多个不同电势梯度，加快了电渗排水的效率，故电渗终止时间相对缩短。同理，当升高电势梯度，由图2（b）可知，B的初始电流相较A升高约25%，但变化规律相似。图中，RES值相同的两组试验表现出电流曲线的变化趋势一致，A1与B1的电流变化均比较舒缓，A3与B3均是自试验初始开始快速上升至电流的最大值，之后的下降速度也比其他组快。
2.2排水量与排水速率：图3与图4分别为排水量与排水速率曲线。由图4（a），A总排水量分别为706mL、689mL、1122mL。0~10h，A累计排水量属快速排水阶段，呈线性增长，且A3斜率最大。图5（a）中，0~10h内排水速率较快，随RES的减小，排水速率逐渐增大，曲线下降缓慢，故将快速排水阶段作为排水速率稳定期。排水速率稳定期内，A累计排水量分别为529mL，551mL，955mL，占总排水量的74.93%，79.97%，85.12%。10h后进入缓慢排水阶段，排水速率下降。三组试验分别于13h，14h，15h开始，每0.5h的排水量低于10mL，该阶段各试验的排水量分别占总排水量的9.35%，14.95%，6.68%。此后进入基本不排水阶段，该阶段排水缓慢，持续时间长，各试验此阶段的排水量分别占总排水量的13.17%，5.08%，1.43%。10h后，排水速率逐渐衰减，故将排水量的缓慢排水阶段和不排水阶段称为排水速率的下降期。当初始电压为40V时，B排水量曲线规律相似，但相较A，电渗排水结束时间缩短，故对应的三个阶段时间也相应缩短，且随RES的减小，缩短时间增加。故排水速率的稳定期为6小时，稳定期内三组排水量分别为398mL、471mL、676mL，占总排水量的44.87%、73.59%、87.79%。最终B的总排水量分别为887mL、640mL、770mL。B1相对A1排水量增加，因提高电势梯度，加快了电渗排水速率。B2、B3排水量均低于A2、A3，因电极对数增多，导致试验过程中温度过高，使部分水因温度过高而蒸发。
3.结论
电势梯度较低时，土中水主要靠电渗作用排出，而电势梯度较高时，则由电渗与蒸发共同引起。2在电极组电渗排水固结试验中，过多的电极对数，会因电极间相互作用削弱电渗排水作用，且电势梯度增大，加快了电渗排水进程，但电极腐蚀亦会加快，且过早出现裂缝会导致电渗效率降低。
参考文献：
[1] 庄艳峰. 电渗排水固结的设计理论和方法[J].武汉：武汉大学学报，2013
[2] 郑凌逶，谢宁宇，谢康和，李金柱，刘亦民等.电渗法加固地基试验及应用研究进展[J].浙江：浙江大学学报，2013
[3] 张雷，王宁伟.景立平，方晨，董瑞等，电渗排水固结中电级材料的对比试验研究 [J].岩土力学，2018
[4] 王宁伟，高井超.双电渗联合排水技术实验研究[J].工程技术，2018
论文作者:梁展华,王宁伟,王松
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/24
标签：电极论文; 排水量论文; 电势论文; 梯度论文; 电流论文; 速率论文; 间距论文; 《防护工程》2019年第3期论文;