电渗作用下软土细观孔隙结构

作者:陶燕丽;龚晓南;周建;罗战友;祝行; 刊名:土木建筑与环境工程 上传者:陆大雷

【摘要】软土细观孔隙结构变化是其宏观变形的根本原因。为了探索电渗中软土细观孔隙结构变化以及与宏观变形之间的关联机制,采用杭州软土开展电渗试验,监测了电渗中土体孔隙结构分布特征和含水量,从定性和定量两个方面对试验结果进行分析。研究发现,电渗过程中,粘土颗粒重新排列形成面面接触的片堆结构,土体孔隙比降低,孔隙空间形态变光滑,结构复杂性减弱。通过含水量计算所得孔隙比较实测孔隙比小,说明电渗排水量大于土体收缩量,这是因为,电渗本质为离子带动水分子的迁移,不能直接引起土骨架压缩。实际工程中,电渗法应与堆载、真空预压等联合使用。

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2.浙江大学a.软弱土与环境土工教育部重点实验室;b.滨海和城市岩土工程研究中心,杭州310058)经济的飞速发展使得土地资源短缺日趋严重,围海造陆工程因此得以蓬勃发展,但由此产生大量吹填土或疏浚土堆积形成软土地基亟需有效处理。传统地基处理方法,如堆载预压或真空预压,受限于软土的水力渗透系数,往往难以达到预期目标,所以,寻求有效的新工艺或新方法对于围海造陆工程的顺利开展具有重大意义。电渗法通过在插入土体的电极上通电,加速土体排水固结,被认为是处理高含水量、低渗透性软土地基很有效的方法[1-4]。研究电渗法对吹填土或疏浚土等软土的加固作用成为热点之一[5-7]。土体内部孔隙结构特征及分布情况是其宏观变形的根本原因,也是决定土体物理力学性质的重要因素,这方面研究可通过电镜扫描试验开展[8-10]。Delage[11]通过电子显微镜(SEM)研究了加拿大土壤敏感性与微观结构的联系;Lee等[12]采用SEM技术研究了尾矿与粉煤灰混合物的孔隙结构;Chai等[13]通过SEM技术观察土体孔隙结构研究日本Ariake粘土的渗透性能。已有文献中,SEM技术大多用于土体变形、强度或渗透特性的研究,较少用于电渗法中。张碧龙等[14]通过试验研究了软土在真空预压电渗联合作用下孔隙结构的变化;而单独电渗作用下软土孔隙结构的变化机制还未有报道。特别指出,已有文献对土体孔隙结构尺度的描述并不一致,如王子健等[9]视其为细观尺度,曹洋等[10]、Delage[11]、Lee等[12]、Chai等[13]、张碧龙等[14]视其为微观尺度。在细观力学中,细观结构被定义为光学或常规电子显微镜下可见的材料细微结构[15],据此定义,土体孔隙结构应属细观尺度,因此,本文采用“细观孔隙结构”的描述。综上,研究电渗过程中土体孔隙结构变化是从细观尺度上对土体变形机制和加固机理的揭示,已有文献在这方面少有报道。因此,本文采用杭州软土开展室内电渗试验和细观孔隙结构试验,监测了电渗中土体孔隙结构分布特征和含水量变化,研究电渗作用下软土细观结构变化,探索土体细观结构和宏观性质的关联机制,目的是基于细观孔隙结构揭示电渗法对软土的加固机理。1电渗试验1.1试验设计为了实现试验结果的互为佐证,分别采用铁和铜电极开展两组电渗试验(记为T1和T2)。试验土取自杭州市董家路一基坑工程,其基本物理力学参数见表1。将所取土样与水拌合形成饱和重塑土样来模拟疏浚土。参考已有文献[1-7]中的数据,设置试验参数为:T1和T2试验土体初始含水量分别为99.7%和99.2%,电源电压30V,相应的电势梯度为1.58V/cm,通电到29h时,排水量已连续5h低于总排水量的5%,故设置通电时间29h。试验后分别在离阳极板、阴极板5cm处取土,作为含水量监测和细观孔隙结构试验试样。表1原状土的基本物理指标Table1 Physical parameters of original soil in this research质量含水量/%土粒比重孔隙比液限/%塑限/%颗粒组成砂粒/%粉粒/%粘粒/%58.3 2.75 1.76 45.4 24 7 32 611.2试验设备试验主体设备如图1所示,主要由试验模型箱、直流电源、电线等组成。模型箱(图1)为一有机玻璃箱,外边缘尺寸为230mm×110 mm×105 mm,由主槽和辅槽组成:主槽用来装载试验土体,内部尺寸为190mm×100mm×100mm;辅槽用来收集试验排出的水,其下设有一小孔,在小孔下放一烧杯,试验时汇聚到小槽的水会通过小孔流到烧杯中而排出。试验采用板状电极,其尺寸

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