电极间距和排水方式对电渗固结效果试验.pdf

广西水利水 电 G U A N G X I WA T E R R E S O U R C E S &H Y D R O P O WE R E N G I N E E R I N G 2 0 1 5 ( 5 ) 试验研究 电极间距和排水方式对电渗固结效果试验 曾 宏 ( 广西水利科学研究院， 南宁5 3 0 0 2 3 ) 【 摘要】 为了探讨淤泥电渗固结的最佳方式， 开展 了不同电极间距和排水方式的电渗对比试验， 试验中对渗水量 、 土体沉降 、 电能消耗 、 含水率等指标进行了监测， 得 了适合工程应用的电极间距为 1 ． 2m， 排水孔钻孔深度7 ．5m， 排水方式采用塑料排水板套砂袋组合体排水。工程应用实例表明： 采用该电极间距和排水方式取得了良好的电渗 固结效果 。 【 关键词】 电渗； 电极间距 ； 排水方式； 固结； 效果 【 中图分类号】 T U 4 1 1 【 文献标识码] A 【 文章编号1 1 0 0 3 — 1 5 1 0 ( 2 0 1 5 ) 0 5 — 0 0 1 4 — 0 3 电渗法是通过在插入土体 中的电极上施加低 压 直流 电来加速排水 固结的一种地基处理方法 ， 特 别 适 合 于处 理低 渗透 性 和高含 水量 的淤泥 和黏 土。 1 9 3 9年 ， C a s s a g r a n d e 将 电渗法成功应用 于德 国某铁路路基开挖工程的边坡稳定处理 中， 取得了 较好 的效果 。随着研究的不断深入 ， 电渗技术在理 论 和实践 上都得 到 了长足 的发展 ， 先后 在堤坝稳 定 、 边坡加 固、 基坑开挖 ， 软土处理等工程 中得到了 成功的应用。电渗过程是一个 复杂的多物理场非 线性耦合过程 。 ， 涉及电场、 渗流场、 应力场、 化学 场等 ， 现有 的理论假设 同实际相差较大 ， 很难用数 理模型对电渗过程进行准确模拟。此外 ， 电渗过程 中能耗较高也在一定程度上 限制了该技术 的广泛 应用 。因此， 如何降低电渗能耗 、 提高电渗效率 成为 目前研究 的重点和难点 。本 文进行 了不 同电 极间距和排水方式的电渗对 比试验 ， 分析其对电渗 的影响， 为现场电渗 固结提供最优 电极间距和最佳 排水方式 。 1 不同电极间距 电渗对比试验 1 ． 1 试验设备及土样 采用试验箱进行电渗试验， 采用有机玻璃板制 造了4 个不同大小的试验箱 ， 4 个试验箱断面尺寸 均 为 3 0 a m 3 0 a m， 长度 分 别 为 6 0 、 1 0 0 、 1 4 0 、 1 8 0 c m。将试验箱至于支架上 ， 在试验箱下方放置容器 用于接收 电渗过程 中的渗液。电源采用普通 的全 波脉冲直流电源 ， 试验 电压为 3 6 V， 施加 中等强度 的电场强度。 试验土样采用浙江沿海滩涂的淤泥 ， 土体盐分 含量高， 碱性强， 有机质含量低 ， 结构差， 化学成分 复杂 ， 承载力低。土样基本物理指标见表 1 。 表1 土样的基本物理指标 土样名称 容重／ ( k N In ) 含水率／ ％液 限／ ％ 塑限／ ％ 孑 L 隙 比比重 淤泥 1 4 ． 5 6 4 ． 3 5 5 ． 6 2 3 ． 8 2 ． 1 2 ．7 3 1 ． 2 试验 内容 进行 了4组 电渗对 比试 验 ， 电极 间距分 别 为 4 0 ， 8 0 ， 1 2 0 ， 1 6 0 c m， 各模 型均采用 1 对 电极布置 。 各试验采用 同一取样地点的淤泥 ， 土样的物理性 能 指标基本相同， 其余试验参数均相同。试验共进行 了 1 8 天 ， 试验 中采用间歇通 电技术 ， 通电 2 4 h ， 停 电 4 h ， 再通电， 如此循环进行 。试验中对电能消耗 、 渗 水量 、 电流等参数进行了监测。分析电极 间距对 电 渗的影响， 以便选择合适的电极间距和施加适合的 电场强度 。电渗试验结果见表 2 表 2 不 同电极间距的试验结果表 模 型 戆 莽 盟 誊 模型 B 8 0 1 0 ． 5 3 6 0 ． 2 8 ． 6 1 8 0 ．4 5 1 6 ． 1 1 1 ． 7 模 型C 1 2 0 1 1 ． 9 5 5 7 ． 8 8 ． 0 1 8 0 ． 3 1 8 ． 5 9 ． 5 【 收稿 日期】 2 0 1 5 — 0 7 — 2 7 【 作者简介】 曾宏( 1 9 8 3 - ) ， 男， 湖南永州人， 广西水利科学研究院工程师， 硕士， 主要从事岩土T程质量检测及设计T作。 l 4 广西水利水 电 G U A N G X I WA T E R R E S O U R C E S＆H Y D R O P O WE R E N G I N E E R I N G 2 o 1 5 ( 5 ) 1 ． 3 试验结果分析 试验初期， 土体中的电流较大， 电渗效率也较 高 ， 电能消耗和渗水量在试验前期 阶段 占的比值较 大 ， 4 个模 型前 8 d的渗水 量 占总渗水量 的 8 0 ％左 右， 随着电渗的进行， 土体的含水率不断降低 ， 有效 电流减小， 电渗效率下降。试验后期的电渗效率均 不高 。 试验结果表明： 电极间距越小， 电极间土体的 电压梯度越大 ， 电渗反应越剧烈 ， 电极腐蚀量越大 ， 电能消耗也越大。模型D的电极间距最大， 电渗能 耗和电极腐蚀量较小 ， 但是土体的含水率降幅最 小 ， 电渗效 果不佳 。综合分析 电渗效果 和经济效 益， 笔者认为电极间距在 1 ． 2 m左右比较合适 ， 对不 同的淤泥土质， 电渗最优电极间距有一定的差别。 2 不同排水方式的电渗对比试验 2 ． 1 试验设备 电渗试验采用长方体形 的槽为场地 ， 直接在场 地 中挖掘而成 ， 模 型槽 长 4 ． 0 i n ， 宽 1 ． 6 IT I ， 深 1 ． 5 m， 槽的侧面和底部砌砖砂浆抹平后再铺设真空膜 ， 防 止渗水。试验槽电极间距 1 ． 2 m， 电极与槽边缘相距 0 ． 2 m。采用直径 1 2 mm钢筋作为电极 ， 模型槽布置 2 对电极 ， 电极间施加的电压 为6 0 V。试验土样采 用浙江东海塘 淤泥 ， 土样参 数见表 1 。电极布置平 面图见图 1 ， 试验槽剖面图见图2 。 ．4 图 1 试验平面 布置 图 理 j 淤泥 ． ： c 】 t ‘ 图2 试验槽剖面图 料排水板为排水通道 、 模型 B以镀锌钢管为排水通 道、 模型 C以塑料排水板与砂袋组合体为排水通道 ， 各模型除排水通道不 同外 ， 其余各参数均相同。试 验 过程 中 ， 对 电渗过程 中各排 水方式 的排水效率 、 土体沉降特征 、 电能消耗、 土体含水率等参数进行 了监测 。整个 电渗试验共进行 3 0 d ， 试验采取 间歇 通电技术 ， 每电渗通电2 4 h 后 ， 停电4 h ， 再开始通 电 ， 如此循环进行 。真空抽水系统根据设置的真空 度 自动开启或关闭， 有效减少 了电能消耗 。 2 ． 3 试验结果分析 2 ． 3 ． 1 土体沉降分析 电渗过程中， 由于土体中水分的排出， 土体有 效应力增加， 土体被压缩 ， 产生沉降， 试验中对3 个 模型土体试验中产生的沉降进行了监测， 各试验模 型的土体沉降曲线 图见图3 。 试验结果表 明： 模型 C采用塑料排水板套砂袋 组合体作为排水通道排水效率最高， 土体总沉降量 最大 ； 模型 B采用镀锌钢管排水效率高于采用塑料 排水板的模型A。 l 2 O 。 9 。 0 螺 3 0 0 1 6 11 1 6 2 l 2 6 31 电渗 时 间／ d 图 3 不同排水方式 土体沉 降量 2 ． 3 ． 2 电能消耗及 电极 的腐蚀情况 电渗过程中 ， 对 3 个模型试验所消耗的电能( 包 括真空抽水所耗电能 ) 进行 了量测 ， 同时测量了 阳 极 电渗前后 的重量 。各试验模型 电能消耗及 电极 腐蚀量见表 3 。各模型试验 电极材料的损耗相差不 大 ， C 模 型的电能消耗和土体含水率较其他两个模 型有明显的减少 。 表 3 不同排水方式电渗试验结果 措硐l 试验时 阳极腐蚀 阴极腐蚀 总沉降总耗电量 电渗后阳极土 间， d 百分 比／ ％ 百分 比， o／ 0 ／ mm ／ ( k W． b ) 体含水率／ ％ 2 ． 2试验过程 为了研究淤泥电渗过程中不同排水通道的排 3 工程应 用 水效率 ， 进行了 A、 B、 c 3 组模型试验 。模型 A以塑 为验证室 内电渗试 验所得的 电极间距和排水 1 5 下● 上 7 6 8 5 3 1 5 7 7 6 3 8 7 7 6 ％ m 1 4 2 2 4 5 2 2 2 7 3 5 7 9 2 6 6 7 O O O 3 3 3 A B C 曾 宏 ： 电极间距和排水方式对电渗固结效果试验 方式 的有效性 ， 将 电渗试验成果应用于浙江东海塘 滩涂 围垦土地平整工程 中。工程场区为淤泥滩涂 ， 土体承载力极低 ， 总共 占地 8 0 0 0 m ， 设计要求 电渗 处理 后地基 承载力 不小 于 8 5 k P a ， 处理深 度 6 m。 工程场 区地基处理采用真空 电渗并 结合堆载的方 式进行 。电渗处理时电极 间距为 1 ． 2 m， 排水孔钻孑 L 深度 7 ． 5 m， 排水方式采用塑料排水板套砂袋组合 体 ， 并在淤泥表面堆载。电渗处理后 ， 场区地基土 体含水率由6 3 ％下降到2 8 ％， 地基承载力达到 1 0 2 k P a ， 处理深度超过设计要求。整个场区地基电渗 处理共历时 6 5 d ， 较其他地基处理方法有效缩短 了 工期。 4结 语 ( 1 )土体 电渗是一个复杂的电化学过程 ， 影 响 因素很多 ， 电极的布置方式及阴阳电极反转均会对 电渗效果产生重要影响。随着土体电渗的进行 ， 阳 极附近的土体会产生裂缝 ， 造成电渗效率的降低， 应开展多影响因素下的电渗试验研究 ， 使得 电渗试 验过程更接近实际 ， 以便更好地应用 于工程中 ； ( 2 ) 合适的电极间距和排水方式对提高电渗效 果具有 明显 的作用 ， 工程应用实例表 明 ， 室 内淤泥 电渗试验的电能消耗大幅低于实际工程中 ， 电能消 耗过高这一技术难题在 一定程度上影 响了电渗技 术的推广应用。因此 ， 如何优化 电渗参数 ， 减小 电 渗过程的电能消耗 ， 有效 降低 电渗成本 ， 仍是下一 步需要重点研究的技术难题。 参考文献 【 1 】 高志义， 张美燕． 真空预压联合电渗法室内模型试验研 究[ J 】 ． 中国港湾建设， 2 0 0 0 ( 5 ) ： 5 8 — 6 1 ． [ 2 】 曹永华， 高志义 ， 刘爱民． 地基处理的电渗法及其发展 水运工程 ， 2 0 0 8 ， 4 1 4 ( 4 ) ： 9 2 — 9 5 ． 【 3 ] 刘凤松， 刘耘东． 电渗降水一 低能量强夯联合软弱地基加 固技术在软土地基加固中的应用[ J ] ． 中国港湾建设2 0 0 8 ， 1 5 7 ( 5 ) ： 4 3 — 4 7 ． 【 4 】 赵建国， 朱文凯． 电渗一 强夯综合法加固软弱地基的实践 【 J J ． 地质与勘探 ， 1 9 9 4 ， 3 0 ( 2 ) ： 7 6 — 8 0 ． [ 5 】 洪何清 ， 胡何清 ， G L E ND I N N I N G S t e p h a n i e ， 等． 夕 荷载 作用下的软粘土电渗试验l J 1 ． 清华大学学报 ， 2 0 0 9 ， 4 9 ( 6 ) ： 8 09 -81 2． 【 6 ] 李一雯 ， 周建． 电极布置形式对电渗效果影响的试验 研究I J 1 _ 岩土力学 ， 2 0 1 3 ， 3 4 ( 7 ) ： 1 9 7 2 — 1 9 7 8 ． ( 责任编辑： 周群) I n flue n c e o f e l e c t r o de s p a c i ng a nd dr a i na g e m o de o n e l e c t r o _ ’ o s m o t i c c 0 ns 0 l i d a t i 0 n Z E NG Ho n g ( G u a n g x i H y d r a u l i c R e s e a r c h I n s t i t u t e ， N a n n i n g 5 3 0 0 2 3 ， C h i n a ) Abs t r a c t ：I n o r de r t o s t ud y t h e b e s t mo de o f mu d e l e c t r o —o s mo t i c c o n s o l i d a t i o n．e l e c t r o —o s mo t i c t e s t s we r e c o n ’ d u c t e d wi t h d i f f e r e n t e l e c t r o d e s p a c i n g a n d d r a i n a g e mo d e s ． T h e o b s e r v e d i n d e x e s d u r i n g t e s t s i n c l u d e s e e p a g e wa - t e r v o l u me ，s o i l ma s s s e t t l e me n t ，e l e c t r i c e n e r g y c o n s u mp t i o n，wa t e r — c o n t e n t c o e ffic i e n t e t c ． Ac c o r d i n g t o t h e r e - s u h s o f t e s t s ，s o me i n d e x e s a p p l i c a b l e f o r e n g i n e e r i n g we r e c o n c l u d e d，i n c l u d i n g a e l e c t r o d e s p a c i n g o f 1 ． 2 m， d r a i n a g e b o r e d e p t h o f 7 ． 5 m，c o mp o s i t e d r a i n a g e mo d e o f p l a s t i c d r a i n a g e p l a t e i n s a n d b a g ． Ap p l i c a t i o n o f a b o v e c o n c l u s i o n s i n c o mp l e t e d p r o j e c t h a s d e m o n s t r a t e d g o o d e l e c t r o — o s mo t i c c o n s o l i d a t i o n e f f e c t s ． Ke y wo r ds ： El e c t r o —o s mo t i c；e l e c t r o de s p a c i ng；dr a i n a g e mo d e；c o ns o l i d a t i o n；e f f e c t 1 6