電滲技術(shù)在改良土壤方面的應(yīng)用研究

　　引言

　　電泳是指在電場(chǎng)作用下，溶膠粒子在分散介質(zhì)中的定向移動(dòng)現(xiàn)象。電泳和電滲屬于膠體的電動(dòng)現(xiàn)象。電動(dòng)現(xiàn)象是指溶膠粒子的運(yùn)動(dòng)與電性能之間的關(guān)系。一般包括電泳、電滲、流動(dòng)電位與沉降電位。電動(dòng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是由于雙電層結(jié)構(gòu)的存在，其緊密層和擴(kuò)散層中各具有相反的剩余電荷，在外電場(chǎng)或外加壓力下，它們發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。電滲加固法因其具有擾動(dòng)小，噪音低，固結(jié)速度快等優(yōu)點(diǎn)而擁有著很大的發(fā)展?jié)摿?，但是它在工程?shí)踐中的應(yīng)用卻一直不能得到推廣。

　　本文在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從傳統(tǒng)電滲試驗(yàn)入手，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案，對(duì)電滲加固法進(jìn)行系統(tǒng)的研究和分析。試驗(yàn)結(jié)果顯示，傳統(tǒng)電滲加固法能夠?qū)ν馏w的加固產(chǎn)生一定的作用，使土體的含水率降低，不排水抗剪強(qiáng)度提高，但也存在很多問(wèn)題如電能利用率低，土體固結(jié)效果很不均勻，易達(dá)到電滲平衡點(diǎn)，土體裂隙發(fā)展迅速等。綜合分析得出制約電滲效率的三個(gè)主要因素，即負(fù)孔隙水壓力的發(fā)展、土體的電阻率不斷增大和界面電阻的存在。

　　所用直流電源設(shè)計(jì)

　　電源框圖見圖1,三相交流電源輸入經(jīng)輸入三相變壓器隔離、相序檢測(cè)、整流、濾波變換成直流電壓,再經(jīng)低壓變壓器隔離、極性變換控制、輸出100 V/200A的直流輸出。

　　電源主要參數(shù)包括：輸入交流電壓：三相380VAC(-20%～+15%)，50Hz(±10%);額定輸出電流：0～300A;輸出電壓：0～100V;整機(jī)效率：η≥90%。

　　在上述輸出的電流范圍內(nèi)，電流跟據(jù)負(fù)載變化，并有“過(guò)壓”、“過(guò)流”保護(hù)。電源能定時(shí)自動(dòng)倒向(即正、負(fù)極切換)，其時(shí)間可設(shè)定，范圍設(shè)為0～15分鐘可調(diào)。

　　實(shí)驗(yàn)步驟

　　連續(xù)通電3天，此時(shí)土體已經(jīng)產(chǎn)生較寬裂縫[1]，交換電極正負(fù)極，希望提高土體固結(jié)均勻度[2];連續(xù)通電0.5天，排水量幾乎為零時(shí)，再次交換電極極性;分別以通電3小時(shí)，停2小時(shí)和通電2小時(shí)停2小時(shí)的方式，各持續(xù)一天，如此間歇仍然能達(dá)到此前連續(xù)通電一天的效率，但提高不大;將一根新銅棒作為新陽(yáng)極插在原陽(yáng)極附近，通電6天;將原來(lái)電蝕的陽(yáng)極銅管拔出(不包括土工布)，放置在新位置，再連續(xù)通電4天后斷電。

　　電流及電能損耗分析

　　電流隨著時(shí)間的變化逐漸減小[3]。具體而言，選用裹上土工布的銅管作為陽(yáng)極和直接選用紫銅作陽(yáng)極兩個(gè)階段的情況相比較，不難看出，電流下降速度較緩，也就是說(shuō)有效排水的時(shí)間較長(zhǎng)。

　　交換電極極性后，在幾分鐘之內(nèi)降為零，排水效率也幾乎為零，分析認(rèn)為，陽(yáng)極端土體排水固結(jié)速度較快，顯現(xiàn)干硬狀態(tài)，而導(dǎo)電性銳減[4]，導(dǎo)致陽(yáng)極與土體接觸的界面電阻突然變大，結(jié)果極大地降低了電滲的效率。

　　在間歇通電時(shí)間階段，分別采取了通三小時(shí)停兩小時(shí)，通兩小時(shí)停兩小時(shí)的通電方案，同樣，通電初電流能恢復(fù)較大值，如200A 左右，半小時(shí)后就降為5A，電流一旦小下來(lái)，電滲的效率也就微乎其微了，排水量勉強(qiáng)可以和間歇通電前一天的排水量相等。擬通過(guò)一定間隔的時(shí)間讓土體的含水率分布有一個(gè)自然調(diào)整的過(guò)程，從而在下次通電過(guò)程中更有效地利用電能。