软土电渗透固结试验及理论研究

摘要

本文进行了电渗一维固结试验的研究，对电渗中的电流、排水、电渗系数、电阻以及能耗等参数进行了分析，总结了各参数的变化规律，并将试验结果与Esrig电渗固结理论相结合，讨论了影响电渗效果的因素，找出了对电渗理论计算影响较大的三个内因：有效电势、渗透系数和电渗系数。传统的电渗固结理论是在理想条件下进行的，均假设的是有效电势、渗透系数以及电渗系数在电渗过程中不产生变化，与实际不相符，在进行电渗预测时，会产生较大的误差。为了将三因素的非线性变化情况考虑进电渗固结理论中去，本文对其进行了探究。
　　对于电渗系数，由于目前对电渗系数还没有准确的测量方法，只能粗略计算，其变化规律很难把握，本文未将其做理论层面上的分析。对于有效电势，设计了电极对有效电势影响的试验，试验中，分别将铁、铝和钛作为阳极，比较了三种电极下的电渗效果，分析了电极对有效电势的影响机理，并总结出了有效电势的变化规律：有效电势先线性下降，后保持不变的规律。将有效电势的这种变化规律与传统的电渗固结理论相结合，求出了考虑有效电势变化的一维和二维电渗固结解析解，并对解析解进行了分析，分别分析了不同堆载速率，不同峰值堆载对电渗效果的影响。对于渗透系数，将目前国内外公认的 pe?log和hke?log的关系引入Esrig电渗固结理论中，求出了新的考虑渗透系数变化的一维电渗固结解析解。
　　电极是影响有效电势的主要因素之一，本文的三种电极中，钢、铝电极的电渗排水能力相当，两者排水能力均强于钛电极。对于初始接触电势，钢、铝电极接近，均小于钛电极。不同电极所对应的初始接触电势差异是电极材料本身性质所决定的，并且与电压也有关系。对于金属性中等或偏强的金属电极，无论是高电压还是低电压，电场都能克服原子核对最外层电子的束缚，形成良好的电流通路，初始有效电势占比差距不会很大。而对于金属性弱的惰性金属电极材料，低电压下，电场不能完全克服原子核对最外层电子的束缚，只能激活部分外层电子的活性，电流流通性差，导致有效电势占比小，而随着电压的提高，电场能激活更多外层电子的活性，电流流通性增强，有效电势占比也提高。
　　在30V电压下，对于钢、铝电极来说，不考虑有效电势变化时相较于考虑有效电势变化时，计算的最终电渗效果约高估44％；对于钛电极来说，不考虑有效电势变化时较考虑有效电势变化时，计算的最终电渗效果约高估50%。
　　在上覆有变化堆载的情况下，当最大堆载一定时，电渗土体的平均有效应力和固结度都随着堆载速率的增大而增大；当堆载速率一定时，电渗土体的平均有效应力随最大堆载的增大而增大，但是固结度反而降低。