淤泥吹填土EKG电渗固结特性及微观机理研究

Studies on consolidation of cohesive dredging fill have great significance both in reclamation engineering practice and post-reclamation constructions. In this research project, large-scaled model tests, micro scale observations along with analytical modeling are carried out in studying the electro-osmotic consolidation of cohesive dredging fill using electrokinetic geosynthetics. The effects of electrokinetic geosynthetics on electro-osmosis consolidation behavior,including its long-term performance, are analyzed. The variation of soil physical/mechanical parameters, electro-osmosis coefficient, electro-osmosis resistivity and microstructrue are observed during consolidation process in order to determine the main factors of electro-osmosis consolidation of cohesive dredging. Based on the non-linear behavior of clayey soils, The theory of electro-osmosis consolidation in one and two-dimensional conditions can be built, with close form or numerical solutions presented. Then a variety of practical consolidation analysis program and calculated curves will be provided for different reinforcing forms and electro-osmosis parameters. More than that, the theoretical calculations and experimental results will be compared to determine reasonable improvement methods for cohesive dredging fill. Our purpose is to provide a reliable theory for the choice of ground treatment method in cohesive dredging fill reclamation construction, as well as long-term deformation predication and stability control.

淤泥吹填土固结特性研究对吹填造陆工程和吹填后场地岩土工程设计与施工具有重要的指导意义。本项目采用大型室内模型试验，微观观测试验和解析与数值方法，开展对电动土工合成材料加固淤泥吹填土电渗固结特性的研究，分析电渗固结与土工合成材料共同作用对吹填场地的长期处理效果。研究土性参数、电渗渗透系数、电阻率及岩土材料微观结构在电渗固结过程的变化规律，确定电动土工合成材料对淤泥吹填土加固的控制因素。基于土体非线性特性，建立电渗固结在一维和二维条件下的基本方程，探求其解析或数值解答。针对不同的加筋方式、电渗参数和土体导电溶质含量等参数，提供各种实用的固结分析程序和计算曲线，并将理论计算与试验结果相比较，寻求改良淤泥吹填土电渗效果的方法，以确定合理的淤泥吹填土加固措施，为吹填造陆建设地基处理方法的选择、长期变形的预测和稳定控制等提供可靠的理论。

常规的排水固结法加固速率较为缓慢，电渗法具有工期短、设备安装方便等优点，同时不易出现堆载造成的地基失稳，较适用于细颗粒软土地基的处理。但在实际应用中也存在阳极腐蚀、后期能耗较高等影响电渗效果的因素。因此有必要从工程设计优化和微观加固机制等角度，对软土电渗固结性状进行研究。项目研究内容分为以下四个方面：.复杂工况下淤泥吹填土的电渗加固试验研究方面，通过设计等电极间距和等电势梯度两种典型工况，引入界面电阻和起始电势梯度进行了电渗效率和能耗分析；引入Holm电接触理论，从收缩电阻角度研究了电极面积比与通电电流的关系。研究结果表明：考虑起始电势梯度的理论能耗与试验能耗符合更好，通过试验可获得宁波软土的起始电势梯度和理论经济电势梯度。.淤泥吹填土的EKG电渗加固和离子运移研究方面，对比了EKG和铁电极的电渗处理效果，研究电渗排水的电导率和土体电导率的变化，提出考虑吸附和解吸附作用下变形多孔介质中离子运移的一维数学模型。研究结果表明：EKG材料对土体的加固作用和离子运移效果显著，考虑吸附和解吸附作用能够更好描述变形多孔介质中的离子运移规律。.土体微观孔隙结构在电渗过程中的发展规律研究方面，研究了不同电极材料电渗后土体的微观特征和孔隙发展规律。研究结果表明：电渗处理后阳极附近土体大小孔隙的体积占比均发生大幅变化；电渗处理后阳极附近土体微团聚体之间的连接形式由边-面、边-边连接转变为主要以面-面连接的形式，微观结构由絮凝结构、片架结构转变为叠片结构。.软土电渗固结理论研究与基于孔隙水体积变化的电渗排水分析方面，对饱和软土一维、二维电渗固结方程和高饱和度软土一维电渗固结方程在不同边界条件下进行了求解。研究结果表明：电渗法更适用于处理低水力渗透系数的粘土，当土中气体以微气泡的形式存在于孔隙水且随孔隙水共同排出，高饱和度土的电渗固结过程与饱和土接近。