软土电渗透固结试验及理论研究

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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h-ke 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。
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