辽宁地区软土电化学加固试验与理论研究

摘要

电化学加固是指在地基土中打入一定数量的金属电极，通过电极导入直流电流，水在直流电的作用下往阴极移动，而土颗粒则往阳极移动，土颗粒不断的聚集而使土体固结。相对于传统的排水固结法，如真空预压、堆载预压等具有施工时间快、无噪音粉尘污染、安全环保等优点。但由于在施工过程中阳极具有腐蚀性、耗能较大等技术问题，导致其在很多地方存在着较大的局限性，未能大范围的推广及使用，无法成为软土地基处理的常规方法。但是对于含水量极高的或是流塑状态下的吹填土、淤泥质软土地基处理施工过程中，由于土体的承载力等问题，无法满足常规处理方法的施工条件，传统的施工工艺较难完成，电化学加固则成为此类土处理中较有前途的一种。然而，由于电化学加固机理的不完善、施工设计计算方法的欠缺等多方面的原因制约了其在工程中的应用，因此开展软土的电化学加固的进一步研究是非常有必要的。
　　电化学加固涉及范围很广，主要包括土体的电渗排水固结以及通电过程中的化学作用，在试验过程中，还涉及到热效应、水的电解产生气体、土体结构的变化、阴阳两极的PH值改变等诸多物理化学反应。本文在电化学加固过程中，还加入了传统的注浆理论，在试验过程中，还对阳极腐蚀和能耗大的问题进行了研究与分析。
　　根据上述问题，本文重点对以下问题进行了研究:
　　1、本文归纳了电化学加固方法的发展历程、研究现状、在岩土工程中的实际应用情况以及对其未来应用的展望。详细阐述了电化学在土体加固过程中的作用机理及其土体加固的过程，同时研究了土体的抗剪强度、承载力、注浆溶液浓度影响的关系。并且概括了电化学加固的特点以及其在工程中的适用范围。
　　2、根据土力学以及高等土力学中有关土体的各向同性和三相介质理论，建立非饱和黏土的电阻率模型，并依据其推导出土体三相并联的电阻率公式;对试验过程中存在的电阻进行了研究，首次提出了阳极接触电阻、阴极接触电阻、阳极平均电阻、阴极平均电阻、土体平均电阻等概念，并给出了一个简要的电阻计算公式。
　　3、根据试验理论，自行研制试验装置，以沈阳地区软土、营口地区淤泥质软土、大连地区淤泥质软土为试验对象，进行了室内试验，试验过程中通过注入不同浆液，或者是不同浓度的同种浆液，对电势、电流、土体沉降以及试验结束后土体的承载力和含水量变化进行观测，研究了注浆对普通电化学加固的影响。根据离子沉淀理论，分析了试验结束后离子移动以及加固范围分布。证明了电化学加固对软土加固的有效性,并给出了加固前后土体各物理力学参数的变化规律。
　　4、比较软土加固后不同部位的土体盐度及其电阻率，发现各个部位的PH值相对于初始PH值发生明显变化，表明土体中的离子在电流的作用下发生迁移。
　　5、对胶结土样进行化学分析及宏观测试，最终发现土体的结构发生变化，土体的孔隙率因为变小而更加致密，土体中的矿物质含量增高，这是土体强度增大的关键所在。
　　6、依据室内试验成果，进行了一系列的工程实践，本文主要以大连东港地区某工程为例，做主要的说明。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 电化学加固的发展及研究现状

1．3 电化学加固在工程中的应用

1．4 研究内容

第二章 电化学加固的微观机理及相关理论

2．1 引言

2．2 电渗法的微观机理

2．2．1 电渗固结产生的条件及其效率预测

2．2．2 电渗透性

2．2．3 能耗

2．3 电渗中的电化学现象

2．4 电渗法的适用范围及其优缺点

2．4．1 电渗法的有效性

2．4．2 电渗法的优缺点

2．5 土壤胶体

2．5．1 土壤胶体的性质

2．5．2 土壤胶体的种类

2．6 土壤的离子交换作用

2．7 本章小结

第三章 试验装置及试验方案

3．1 引言

3．2 电化学加固原理

3．3 试验装置的功能需求

3．4 电化学加固试验装置

3．4．1 试验装置研制

3．4．2 试验装置介绍

3．4．3 辅助试验装置

3．4．4 试验方法以及试验过程的控制

3．5 试验方案设计

3．5．1 试验方案要求

3．5．2 室内试验方案

3．5．3 电化学加固室内试验步骤

3．6 本章小结

第四章 试验结果分析

4．1 引言

4．2 沈阳地区软土室内试验

4．2．1 试验基本参数

4．2．2 土体电阻的变化规律

4．2．3 电阻与含水量之间的关系分析

4．3 营口地区淤泥质软土室内试验

4．3．1 试验基本参数

4．3．2 电流随时间的变化规律

4．3．3 耗能随时间的变化规律

4．3．4 加固后土体表层强度范围

4．3．5 加固后土体底层强度范围

4．4 大连地区淤泥质软土室内试验

4．4．1 试验基本参数

4．4．2 电流随时间的变化规律

4．4．3 耗能随时间的变化规律

4．4．4 加固后土体的强度范围

4．5 大连淤泥质粉质黏土室内试验

4．5．1 试验基本参数

4．5．2 电流随时间的变化规律

4．5．3 耗能随时间的变化规律

4．5．4 加固后土体的强度范围

4．6 电化学加固效果分析

4．6．1 外观尺寸、结构及强度

4．6．2 各主要设计参数对加固效果的影响

4．6．3 基本物理指标变化

4．7 电化学加固承载特性

4．8 本章小结

第五章 工程实例

5．1 工程概况

5．2 试验原理及现场试验设计

5．2．1 试验原理

5．2．2 试验方案设计

5．3 试验结果分析

5．3．1 试验中各参数变化

5．3．2 试验后土体强度分析

5．3．3 承载力特征值的估算

5．4 加固区域

5．5 本章小结

第六章 结论

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简介

致谢