深土层逐级电渗排水试验研究

深土层逐级电渗排水试验研究

王宁伟鲍万强高井超

沈阳建筑大学土木工程学院辽宁沈阳110168

摘要：通过对电渗法现状的研究，介绍了提高电渗效率的研究情况，电渗法在处理软软黏土地基中的优缺点等；通过自行设计的试验装置，对辽宁沈阳建筑大学地下7m深的软黏土开展了多组室内模型电渗排水试验研究，主要探讨提高电渗法处理软黏土的排水效率和深土层电渗排水，为电渗法的推广和实际工程应用提供指导。

关键词：软黏土；电渗；排水；深土层

1引言

以往研究者们对软黏土电渗法的研究往往停留在单电极小尺寸室内模型试验上，这种小模型室内试验对于电渗法排水理论研究较为实用。考虑实际工程的需要，本文在研究了水平方向双电渗联合排水技术试验研究后，将联合排水方法延伸到竖直方向，设计了深土层逐级排水试验。

图1排水装置示意图

2实验装置与步骤

本次试验主体装置由塑料桶、金属电极板、绝缘材料、支撑棒、土样等构成。试验步骤：M组电渗逐级排水试验步骤（1）试验箱制作：选择内径为30cm，高30cm的塑料桶两个，用匕首刀将其中一个塑料桶去掉桶底，用瞬间接着剂将两桶粘结成一个。静置12小时后将桶内注满水，检查粘结处是否漏水。（2）土样制备：将原状土去除杂物后磨碎，然后装入试验箱中用水浸泡一段时间后将其搅拌均匀，静置12小时后取土样测量含水量；（3）将电极装置用导线连接完毕，注意连接处是否漏电。（4）在试验箱底部放入一层土，避免电极板与桶底接触。（5）放入M1排水系统的阳极板。（6）将搅拌均匀的土样分层装入桶中以保证桶中土体的含水均匀；（7）当土层厚18cm时放入M2级排水系统的阳极板。在放入2cm厚土层后放入M1级排水系统的阴极板。在放入20cm后土层后放入M2级排水系统的阴极板。（8）连接电源1，调节电源输出电压为30V，接通电路；（9）60分钟后关闭电源1，依次读取多功能表中的读数，并记录量由阴极排出水的体积；（10）连接电源2，调节电源输出电压为30V，接通电路2；（11）60分钟后关闭电源2，依次读取多功能表中的读数，并记录量由阴极排出水的体积；（12）依次重复步骤（8）－（11），直到试验土样不排水时，停止试验，断开电源；（13）静置48小时候测量排水后土体含水量并记录；（14）利用专业分析软件分析处理试验过程中的电渗排水试验数据。N组电渗逐级排水试验步骤：（1）用绝缘胶带将金属阳极板上表面和阴极板下表面进行绝缘处理，并与导线连接牢固做到不漏电。（2）将原状土去除杂物后磨碎，然后装入试验箱中用水浸泡一段时间后将其搅拌均匀，静置12小时后取土样测量含水量；（3）将第（2）步骤中的软黏土配制成含水率约为48.64%；（4）最终测得含水率为48.32%。（5）按照M组电渗逐级排水试验步骤（4）－（14）操作。

3试验结果分析

3.1排水量

M组和N组电渗排水量随时间变化情况如图2所示。由图2可知，M组电渗排水试验最终总排水量是1096ml，N组电渗排水试验最终总排水量是1237ml。N组电渗排水试验的总排水量大于M组电渗排水试验的总排水量，N组电渗排水量是M组的1.13倍。M、N组电渗逐级排水试验主要排水期都是集中在了排水稳定阶段。N组电渗排水试验在稳定阶段持续的时间（24h）大于M组电渗排水逐级试验在稳定阶段持续的时间（18h）。N组电渗逐级排水试验在稳定阶段的电渗排水量（798ml）是M组电渗排水试验在稳定阶段的电渗排水量（684ml）的1.2倍。因此可以得到：全绝缘电极板电渗逐级排水试验延长了排水稳定阶段。

图2排水量随时间变化曲线

3.2电流变化

两组电渗排水试验每一级的初始电流、最大电流、结束电流、平均电流均不相同，出现这种情况的原因有以下两种。同一组不同是因为两级试验土体初始含水率不同了，M1级电渗排水试验结束后，M2级电渗排水试验土体中含水率已经变化了。不同组的电流值不同是因为绝缘处理电极板的结果。

通过分析两组电渗逐级排水试验的开始时间与结束时间可确定在电流衰减到初始电流值及以下便可以停止电渗排水试验。

3.3能量消耗

图3总能耗柱状图

经汇总M和N组电渗逐级排水试验的能耗利用情况，总能耗柱状图如图3所示。其中M组电渗逐级排水试验的总能耗为675w•h，N组电渗逐级排水试验的总能耗为495w•h。两组电渗逐级排水试验能量消耗关系为M>N，M组是N组的1.4倍。说明经全绝缘处理电极板后的电渗逐级排水试验比普通电极板电渗逐级排水试验能量消耗少。

4结论

本文设计了全绝缘电极板逐级电渗排水试验和普通逐级电渗排水试验。通过对试验过程中的电渗排水时间、电渗排水量、电流、能量消耗、试验后土体含水率等影响因素进行全方位的对比分析，得出以下结论：

（1）全绝缘电极板逐级电渗排水试验的总排水量是普通逐级电渗排水试验的总排水量的1.13倍。

（2）全绝缘处理下的电渗逐级排水试验较普通电渗逐级排水试验延长了电渗排水时间。

（3）全绝缘电极板逐级排水试验可降低能量消耗。

（4）M、N组第一级阴极板下方有存水现象。

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.