电渗加固技术选读.ppt

电渗加固技术 一.概述 电渗法是通过在插入土体中的电极上施加直流电使得土体加速排水、固结从而提高强度的一种地基处理方法。 电渗法由1809年俄国学者Reuss在试验室内首次发现，后来各国学者在这方面展开了大量的研究。 1939年Cassagrande首次将电渗法成功用于德国某铁路挖方边坡工程中。随后电渗法一直被尝试用于各种领域。 二.加固机理 土体通电过程中，会发生电动现象。 电动现象分为四种。 1.电渗 2.电泳 3.流动电势 4.沉降电势 水分子的极性使其易和水中溶解的阳离结合形成水化阳离 子，在外界电场作用下产生定向排列，同时黏土颗粒表带 一定的负电荷，在表面电荷电场的作用下，靠经土颗粒表 面的极性水分子和水化阳离子因受到较强的电场引力而被 土颗粒牢牢吸附，形成固定层，即强结合水层，强结合水 因较强的吸附作用不易排出；在紧贴固定层外面，极性水 分子和水化阳离子受到的静电引力较小，形成扩散层，也 叫弱结合水层，这层中水分子及水化阳离子仍受到静电引 力的影响，电渗法因在土体中施加电压而将原有的静电平 衡打破，可以达到排出弱结合水的效果。 三.电渗法用于挪威超灵敏黏土基坑开挖的加固 1.背景 场地在挪威首都奥斯陆湾以南30km，土体为超灵敏 土，灵敏度为100。尽管该场地位于缓坡上（坡度比 为1:8），但由于超灵敏的土的存在，稳定性分析得 到边坡安全系数仅0.77。考虑到基坑底部抗隆起的安 全系数为1.3，经计算发现该场地仅能开挖至2.3m， 不能满足建一个污水处理厂所需的4.5m开挖深度。另 外，由于该处于铁路沿线附近，移除基坑开挖区周围 表层土的手段也不可行。 适用范围和特点 1.适用范围 各国学者基于室内试验、现场试验、工程应用以及计算理 论等方面对电渗法展开了诸多研究，报道了其在各种土壤 类型中的应用，包括有机质土、泥炭土、含油淤泥、工业 尾矿、疏浚淤泥、吹填淤泥、废弃泥浆，海洋底泥、污染 土、城市污泥等。 对于某特定场地地基，可以参考下表初步判定场地土壤是 否适用于电渗法加固，在通过室内土工试验确定相关参数 ，如含水量、水力渗透系数、压缩系数以及含盐量、电导 率等，并与表中比较，然后确定是否适用。 电渗法适用土壤各参数范围 主要参数 适用范围 主要参数 适宜范围 初始含水量 w0（%） （0.6~1)wL 孔隙水含盐量(gNaCl/L) 2 塑形指数Ip 5~30 电导率 (S/m) 0.005~0.5 水力渗透系数kh（m/s) 10-10~10-8 黏粒含量 2μ(%) 30 体积压缩系数mv(MPa-1) 0.3~1.5 2.特点 用电渗法处理软土地基拥有很多有别于其他工法的特点， 具体表现为： （1）固结速度快 （2）电渗法不会引起因软土承载力不足而发生的失稳 现象 （3）安全性高 （4）金属材料作电极时，会腐蚀生成氧化物或者氢氧 化物的胶体，形成电化学加固，使土体逐渐变得 密实， 电极周围，尤其是阳极周围土体提高的 更为明显，使土体的强度在一定程度上有所提高 四.设计参数 1.电极材料 传统的电极材料有铁、铜、石墨和铝等，各种 电极材料在电渗过程中表现受电势梯度影响较 大，这主要表现在统一电势梯度下各种电极材 料有效用于电渗的电势量差异显著。该项工程 就应用了铁电极。 2.电极布置 电极的长方形布置施工简便，被较多地用于室 内试验和工程现场。 但文献资料表明，阴极周围布置的阳极越多， 电渗的排水与加固效果越明显，电极的梅花形 布置在加固效果方面较之长方形布置有更多优 势。 该工程在完成电极的安装后，第二天即开始通 电。在开始的第18d里，电流为210A，第18d 之后，将电流提高到350A。另外，为了研究 电极反转带来的影响，通电后第51天将阳极和 阴极反转。电极反转后，对土体沉降的检测表 明沉降速率从每天4.5mm下降到每2.4mm， 说明电极反转使得沉降速率不升反降。 3.通电方式 电渗中所采用的电势梯度对电渗过程有重要影响。研 究表明，电势梯度越大，土-电极界面上的电压降低将 会提高，单位体积排水能耗增大，电渗效率随之降低 。较低的电势虽能提高电渗效率，但其对应的电渗加 固效果差强人意。可见，电势过高过低均不利于电渗 的开展。总结已有文献中的相关数据，得到电势梯度 范围为0.3~2V/cm。 五.存在的问题 有以下几方面制约着电渗加固技术推广应用， 更是其进一步发展亟须解决的关键问题。 1.电势的传递效率降低 该工程中，第八天在额定电压40V的情况下， 阳极产生了10V的电势降，表明了仅有75