考虑温度效应的顶管废弃泥浆的电动加固减量化研究

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电动加固是指将电极插入土中,并通以直流电,土中的水在直流电的作用下从阳极流向阴极并排出,土的有效应力提升而使土体固结。相对于传统的排水固结法,如真空预压、强夯堆载等,电动加固具有施工时间快、无噪音粉尘污染、安全环保等优点。但由于在施工过程中电极易腐蚀、土体产生不均匀沉降等问题,导致其在工程应用中存在较大的局限性,未能大范围的推广使用。顶管施工产生的废弃泥浆一般都具有高含水量、高压缩性、低渗透性、低抗剪强度、高含盐量及显著的结构性和流变性等特点,与软土类似。故考虑将软基处理方法中的排水固结法改进应用于顶管废弃泥浆快速固化,而电动加固则为处理废弃泥浆提供了新思路。目前,国内外学者对电动加固的研究多集中于电势梯度、电极材料、化学浆液等。温度场对土体的排水速率和物理化学反应的影响极为重要,已有研究表明,温度效应能够有效提高土体的强度,而有关电动热固结的研究相对较少。为了探讨电动热固结法的有效性,本文选择有效电势、能耗、排水速率、沉降、含水率、承载力和抗剪强度等来评估废弃泥浆处理效果,为实际工程提供一定的借鉴和参考,也是电动加固发展的一个新方向。本文在江苏省自然科学基金(青年基金)“不同电极材料在电渗-堆载-化学灌浆加固软土地基过程中的多场耦合作用机理”(BK20200996)的支持下,采用EKG(Electrokinetic Geosynthetics)电极对镇江地区“沿金山湖CSO溢流污染综合治理二级管网工程”施工过程中产生的顶管废弃泥浆开展室内试验,研究温度效应对电动加固过程中各物理参数的变化规律,为后期开展微观机理研究、多场耦合数值模拟研究和工程现场试验研究提供参考。本文的主要工作如下:1.自行设计可实现顶管废弃泥浆电动热固结技术的室内模型试验系统。通过开展不同电极布置形式和不同电势梯度的电渗排水固结试验,分析其对废弃泥浆加固效果的影响,得出适宜该废弃泥浆的电极布置形式与电势梯度。2.为实现废弃泥浆的减量化,提高其固结强度,使其资源化利用,针对试验过程中存在的问题,提出电渗热固结方法。在加固过程中考虑温度效应对固结效果的影响,结果显示,固结后的土体强度进一步提高,含水率进一步降低,但阴极区域效果相对阳极区域较差。3.针对废弃泥浆电渗热固结效果不均匀问题,在电渗热固结基础上提出电化学热固结方法。采用26%浓度的氯化钙溶液在阳极注入,结果显示,土体温度约为50时,加固效果最好,固结后承载力高于120k Pa的部分能够达到80%左右,有效改善了固结效果不均匀的问题。4.本文为解决施工过程中顶管废弃泥浆处理困难的问题,通过室内试验,发现温度效应对电动加固效果影响显著,电动热固结可短时间内实现废弃泥浆的减量化,使其固结强度达到工程需要,促进废弃泥浆的资源化利用。
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