运营期过湿路基电渗加固的室内试验和数值模拟研究
发布时间：2021-01-14 03:44
路基含水率极大地影响路基承载力,含水率过高会使路基正常施工受到干扰,并带来各种不明的工程隐患。运营期的路基在一系列内外因素作用下,会出现水分迁移和湿度重分布现象,路基土含水率上升甚至达到饱和,使公路在运营期发生水损害。因此,降低运营期过湿路基的含水率对保证道路正常使用有着重要作用。电渗法常用于高含水率土体的排水,具有排水效率高、土体固结快且不受土体颗粒大小的影响等优点,常被用于地基排水工程中。本文提出将电渗法用于运营期过湿路基排水工程中,并开展了相关研究;利用自行设计的三维室内试验模型箱模拟运营期过湿路基的电渗排水过程,研究了不同电渗参数下土体模型的排水效果,并通过数值模拟方法研究电渗过程中土体含水率数值的变化规律,为电渗法在工程中的应用提供参考。论文主要的研究成果和结论如下:（1）本文设计了一套三维的路基电渗排水室内试验模型装置,利用该装置模拟运营期路基的电渗排水过程,研究不同通电方式、通电电压及土体初始含水率等排水工况下的路基排水过程,并对试验过程中土体整个空间不同点位的排水量、含水率、土体沉降和能耗等试验参数进行分析研究;（2）当采用不同通电方式进行排水处理时,电渗后的土体参数有...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１电渗法电极排布形式??
山东大学硕士学位论文??水分子和水化阳离子在电场作用下随机分布在土颗粒表面的一定距离内，根据电??场力的大小和与土颗粒表面的距离可将离子层分为两层：距离土颗粒表面很近范??围内的阳离子紧密排列，形成吸附层，称为Ｓｔｅｍ层或者内Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ层；当水化??阳离子距土颗粒表面距离增加时，土颗粒对二者的吸引力降低，导致其在土颗粒??表面排列变得逐渐疏松，从而形成扩散层，即外Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ层。土颗粒在溶液中的??移动会带动内Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ层与外Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ层中的离子一起运动，而距离较远的离??子不会随之移动；因此，定义外Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ层的外表面为滑动面。??１榮爱？?０?？」??ＩＩ?％？?？?０?？??ＩＩ??Ｉｆ?？？＠？?？?？??＊１１?ｌ？＠?Ｊ?？?￥??十Ｓ十十￥??１１１１荽荽）任十??Ｍ耋？?％④?？?？??？Ｓ？?？?？?十??（ｉ他二丨‘）！?叫?扩收层?｜?，ｉ，ｎｈ孔ｅｆｔ水??图１．２双电层模型示意图??土颗粒表面的电位称作表面电位０〇，内Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ层与外Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ层交界处??的电位称为Ｓｔｅｍ电位０Ｓ，滑动面上的电位称为ｚｅｔａ电位Ｃ。图〗．３所示为土颗粒??表面电场强度分布图。??１１??
山东大学硕士学位论文??表酣屯位??颗?＇??ｎ?＼??表?＼??ｍ?＼??电势分布曲线??Ｓｔｅｍ电位??ｚｅｔａ电位??图１．３?土颗粒表面电场强度分布图??在土体两端施加直流电后，土颗粒表面的双电层受到扰动，内Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ层中??的离子与土体紧密吸附，几乎不会发生移动；外Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ层和水中的阳离子发生??移动，移动过程中将带动土体中的极性水分子向阴极附近聚集并从土体中排出，??使土体发生排水固结。??Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ－Ｓｍｏｌｕｃｈｏｗｓｋｉ理论模型即从双电层理论发展起来，可以较好地解释??土体电渗机理。Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ－Ｓｍｏｌｕｃｈｏｗｓｋｉ理论认为电渗流速可通过公式（１．１）计??算获得。??ｖ；＝＾?（１．１）??式中，＜为土体孔隙电渗流的流速；Ｃ为ｚｅ／ｏ电位；Ｚ）为双电层介电常数；￡为电??场强度；；７为孔隙流体的粘滞系数。??土体断面上的平均流速为：??ｖｅ＝＾＾ｎ?（１．２）??４７Ｔ７Ｊ??式中，ｖｅ为土体孔隙断面上的平均流速；《为孔隙率。??电渗渗透系数是指单位电势梯度下土体中渗流的速度，根据这个定义可得到??电渗渗透系数的计算公式，艮Ｐ：??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]寒区路基土锅盖效应气态水迁移试验研究[J]. 罗汀,陈含,姚仰平,陈伟. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2019(S1)
[2]非饱和粗粒土基质吸力与含水率及级配关系试验研究[J]. 何忠明,刘雅欣,曾新发,刘登生,职孟林. 中南大学学报(自然科学版). 2019(03)
[3]含水率和干密度对某铀尾砂基质吸力的影响研究[J]. 刘永,潘宇翔,张志军,桂荣,戴兵,章求才,伍玲玲. 中国安全生产科学技术. 2018(11)
[4]甘肃省潮湿多雨地区既有公路路基湿度及变形特征[J]. 苏爱军. 公路交通科技(应用技术版). 2018(06)
[5]化学电渗法加固软黏土地基对比室内试验研究[J]. 任连伟,肖扬,孔纲强,张敏霞. 岩土工程学报. 2018(07)
[6]锅盖效应水分迁移规律分析[J]. 罗汀,陈含,姚仰平,王乃东,韩剑,马梓棋,李成志. 工业建筑. 2016(09)
[7]路基土水分扩散和冷凝迁移的室内模拟[J]. 王桂尧,肖侃,黄弈茗. 中南大学学报(自然科学版). 2015(12)
[8]粉质土毛细水上升高度及含水率分布的试验研究[J]. 王素琴,陈晋中,刘松玉. 路基工程. 2015(05)
[9]电渗技术在吹填泥袋坝固结中的应用研究[J]. 李秀荣. 黑龙江水利科技. 2014(12)
[10]逐级加载电压对电渗加固吹填土的影响[J]. 刘飞禹,宓炜,王军,符洪涛. 岩石力学与工程学报. 2014(12)
博士论文
[1]软土地基电渗加固方法研究[D]. 吴辉.清华大学 2015
[2]软黏土地基电渗固结试验和理论研究[D]. 李瑛.浙江大学 2011
硕士论文
[1]振动沉管透水混凝土桩施工致堵机理及防堵塞方法研究[D]. 张磊.山东大学 2019
[2]电渗作用下非饱和路基土水分迁移规律研究[D]. 唐康为.哈尔滨工业大学 2018
[3]非饱和路基土水分扩散迁移试验研究[D]. 肖侃.长沙理工大学 2015
[4]非饱和路基土的水分扩散与冷凝迁移试验研究[D]. 黄弈茗.长沙理工大学 2013
[5]电极布置形式对电渗效果的试验研究[D]. 李一雯.浙江大学 2013
[6]软粘土电渗固结试验研究[D]. 焦丹.浙江大学 2010
[7]红粘土路基水汽运移特性及防排水优化设计研究[D]. 付强.长沙理工大学 2010
[8]多雨潮湿地区电渗法处理过湿填料技术研究[D]. 王甦达.昆明理工大学 2007
[9]降雨入渗补给地下水研究[D]. 张志才.河海大学 2006
[10]电动土工合成材料加固软土地基试验研究[D]. 胡俞晨.武汉大学 2005
本文编号：2976145
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１电渗法电极排布形式??
山东大学硕士学位论文??水分子和水化阳离子在电场作用下随机分布在土颗粒表面的一定距离内，根据电??场力的大小和与土颗粒表面的距离可将离子层分为两层：距离土颗粒表面很近范??围内的阳离子紧密排列，形成吸附层，称为Ｓｔｅｍ层或者内Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ层；当水化??阳离子距土颗粒表面距离增加时，土颗粒对二者的吸引力降低，导致其在土颗粒??表面排列变得逐渐疏松，从而形成扩散层，即外Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ层。土颗粒在溶液中的??移动会带动内Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ层与外Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ层中的离子一起运动，而距离较远的离??子不会随之移动；因此，定义外Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ层的外表面为滑动面。??１榮爱？?０?？」??ＩＩ?％？?？?０?？??ＩＩ??Ｉｆ?？？＠？?？?？??＊１１?ｌ？＠?Ｊ?？?￥??十Ｓ十十￥??１１１１荽荽）任十??Ｍ耋？?％④?？?？??？Ｓ？?？?？?十??（ｉ他二丨‘）！?叫?扩收层?｜?，ｉ，ｎｈ孔ｅｆｔ水??图１．２双电层模型示意图??土颗粒表面的电位称作表面电位０〇，内Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ层与外Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ层交界处??的电位称为Ｓｔｅｍ电位０Ｓ，滑动面上的电位称为ｚｅｔａ电位Ｃ。图〗．３所示为土颗粒??表面电场强度分布图。??１１??
山东大学硕士学位论文??表酣屯位??颗?＇??ｎ?＼??表?＼??ｍ?＼??电势分布曲线??Ｓｔｅｍ电位??ｚｅｔａ电位??图１．３?土颗粒表面电场强度分布图??在土体两端施加直流电后，土颗粒表面的双电层受到扰动，内Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ层中??的离子与土体紧密吸附，几乎不会发生移动；外Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ层和水中的阳离子发生??移动，移动过程中将带动土体中的极性水分子向阴极附近聚集并从土体中排出，??使土体发生排水固结。??Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ－Ｓｍｏｌｕｃｈｏｗｓｋｉ理论模型即从双电层理论发展起来，可以较好地解释??土体电渗机理。Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ－Ｓｍｏｌｕｃｈｏｗｓｋｉ理论认为电渗流速可通过公式（１．１）计??算获得。??ｖ；＝＾?（１．１）??式中，＜为土体孔隙电渗流的流速；Ｃ为ｚｅ／ｏ电位；Ｚ）为双电层介电常数；￡为电??场强度；；７为孔隙流体的粘滞系数。??土体断面上的平均流速为：??ｖｅ＝＾＾ｎ?（１．２）??４７Ｔ７Ｊ??式中，ｖｅ为土体孔隙断面上的平均流速；《为孔隙率。??电渗渗透系数是指单位电势梯度下土体中渗流的速度，根据这个定义可得到??电渗渗透系数的计算公式，艮Ｐ：??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]寒区路基土锅盖效应气态水迁移试验研究[J]. 罗汀,陈含,姚仰平,陈伟. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2019(S1)
[2]非饱和粗粒土基质吸力与含水率及级配关系试验研究[J]. 何忠明,刘雅欣,曾新发,刘登生,职孟林. 中南大学学报(自然科学版). 2019(03)
[3]含水率和干密度对某铀尾砂基质吸力的影响研究[J]. 刘永,潘宇翔,张志军,桂荣,戴兵,章求才,伍玲玲. 中国安全生产科学技术. 2018(11)
[4]甘肃省潮湿多雨地区既有公路路基湿度及变形特征[J]. 苏爱军. 公路交通科技(应用技术版). 2018(06)
[5]化学电渗法加固软黏土地基对比室内试验研究[J]. 任连伟,肖扬,孔纲强,张敏霞. 岩土工程学报. 2018(07)
[6]锅盖效应水分迁移规律分析[J]. 罗汀,陈含,姚仰平,王乃东,韩剑,马梓棋,李成志. 工业建筑. 2016(09)
[7]路基土水分扩散和冷凝迁移的室内模拟[J]. 王桂尧,肖侃,黄弈茗. 中南大学学报(自然科学版). 2015(12)
[8]粉质土毛细水上升高度及含水率分布的试验研究[J]. 王素琴,陈晋中,刘松玉. 路基工程. 2015(05)
[9]电渗技术在吹填泥袋坝固结中的应用研究[J]. 李秀荣. 黑龙江水利科技. 2014(12)
[10]逐级加载电压对电渗加固吹填土的影响[J]. 刘飞禹,宓炜,王军,符洪涛. 岩石力学与工程学报. 2014(12)
博士论文
[1]软土地基电渗加固方法研究[D]. 吴辉.清华大学 2015
[2]软黏土地基电渗固结试验和理论研究[D]. 李瑛.浙江大学 2011
硕士论文
[1]振动沉管透水混凝土桩施工致堵机理及防堵塞方法研究[D]. 张磊.山东大学 2019
[2]电渗作用下非饱和路基土水分迁移规律研究[D]. 唐康为.哈尔滨工业大学 2018
[3]非饱和路基土水分扩散迁移试验研究[D]. 肖侃.长沙理工大学 2015
[4]非饱和路基土的水分扩散与冷凝迁移试验研究[D]. 黄弈茗.长沙理工大学 2013
[5]电极布置形式对电渗效果的试验研究[D]. 李一雯.浙江大学 2013
[6]软粘土电渗固结试验研究[D]. 焦丹.浙江大学 2010
[7]红粘土路基水汽运移特性及防排水优化设计研究[D]. 付强.长沙理工大学 2010
[8]多雨潮湿地区电渗法处理过湿填料技术研究[D]. 王甦达.昆明理工大学 2007
[9]降雨入渗补给地下水研究[D]. 张志才.河海大学 2006
[10]电动土工合成材料加固软土地基试验研究[D]. 胡俞晨.武汉大学 2005
本文编号：2976145
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