軟土地基的電滲固結(jié)理論研究與模型試驗結(jié)題摘要

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和基礎(chǔ)建設(shè)的要求，電滲固結(jié)逐漸成為有巨大潛力的軟土固結(jié)脫水高效處理技術(shù)。本項目通過一維土柱電滲試驗，分析土體物理力學、水力學、電學性質(zhì)的相關(guān)關(guān)系，提出了電滲參數(shù)隨土體孔隙比變化的非線性經(jīng)驗公式；研制軸對稱物理模型試驗系統(tǒng)，可以進行電滲固結(jié)與其它處理技術(shù)耦合的模型試驗，實時監(jiān)測電壓、孔隙水壓力、土體位移等物理量的變化特征，研究電場、流場和位移場耦合效應；建立三維非線性多場耦合電滲固結(jié)數(shù)學模型，采用土體位移、總水頭和電勢作為基本未知量，并針對常見工程實際情況對理論模型進行簡化，推導了不同邊界條件下的孔隙水壓力和固結(jié)度時空變化過程的解析解；開發(fā)有限元數(shù)值計算軟件，模擬電滲固結(jié)過程中的電場、滲流、孔壓變化和土體變形規(guī)律，與模型試驗成果和現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)吻合良好，表明軟件可以合理描述電滲固結(jié)過程。本項目研究深入認識電滲固結(jié)機理，提出非線性多場耦合電滲固結(jié)了理論模型，具有重要的學術(shù)價值。采用開發(fā)的有限元分析軟件，結(jié)合模型試驗和現(xiàn)場試驗成果，分析復雜邊界條件下電滲固結(jié)過程中土體物理力學參數(shù)和電場參數(shù)的變化規(guī)律，預測孔隙水壓力、土體變形和工程性質(zhì)變化過程，研究電滲固結(jié)效率的主要影響因素，提出電滲固結(jié)技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計方案，應用于軟土地基處理等工程實踐，有廣泛的工程實用價值。 2100433B

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和基礎(chǔ)建設(shè)的要求，電滲固結(jié)逐漸成為有巨大潛力的軟土固結(jié)脫水高效處理技術(shù)。本項目通過一維土柱電滲試驗，分析土體物理力學、水力學、電學性質(zhì)的相關(guān)關(guān)系；研制二維物理模型試驗系統(tǒng)，進行電滲固結(jié)試驗，研究電場、流場和位移場耦合效應；建立非線性多場耦合電滲固結(jié)數(shù)學模型，開發(fā)有限元數(shù)值計算軟件，模擬電滲固結(jié)過程中的電場、滲流、孔壓變化和土體變形規(guī)律，與模型試驗成果和現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)對比分析，深入認識電滲固結(jié)機理，具有重要的學術(shù)價值。采用開發(fā)的有限元分析軟件，結(jié)合模型試驗和現(xiàn)場試驗成果，分析復雜邊界條件下電滲固結(jié)過程中土體物理力學參數(shù)和電場參數(shù)的變化規(guī)律，預測孔隙水壓力、土體變形和工程性質(zhì)變化過程，研究電滲固結(jié)效率的主要影響因素，提出電滲固結(jié)技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計方案，應用于軟土地基處理等工程實踐，有廣泛的工程實用價值。

電滲固結(jié)在處理軟土地基方面具有巨大潛力。本課題擬采用現(xiàn)代微觀測試手段，分析電滲過程中粘土礦物組分和微觀結(jié)構(gòu)變化、離子與水分遷移規(guī)律，建立基于雙電層理論和孔隙網(wǎng)絡(luò)模型的微觀力學理論模型，從微觀層面分析電滲機理；研制物理模型試驗系統(tǒng)，開展電滲固結(jié)與真空預壓聯(lián)合作用的常規(guī)物理模型試驗和離心模型試驗，監(jiān)測電場、位移場和孔隙水壓力場的時空分布特征，分析土體電學、滲流、力學等材料參數(shù)的變化規(guī)律，探討微觀機理與宏觀物理過程的內(nèi)在聯(lián)系；基于電滲固結(jié)微觀機理分析，完善非線性多場耦合理論模型，開發(fā)數(shù)值分析軟件，模擬軟基電滲固結(jié)過程的多場耦合特征；開展軟基固結(jié)處理的現(xiàn)場試驗，深入了解電滲固結(jié)的處理效果，改進操作方法與流程?；诶碚?、試驗和數(shù)值模擬成果以及現(xiàn)場實測資料開展綜合分析研究，提出軟基電滲固結(jié)處理技術(shù)的設(shè)計方法和操作規(guī)程。本項目研究理論聯(lián)系實踐，具有重要的學術(shù)意義和工程實用價值。

電滲固結(jié)是具有巨大應用潛力的軟土地基加固技術(shù)。本課題圍繞軟土地基電滲固結(jié)的相關(guān)工程科學問題開展三個層面的研究工作：1. 電滲固結(jié)機理層面，本課題采用現(xiàn)代微觀分析測試手段，針對特定粘土礦物，分析電滲過程中礦物組分和微觀結(jié)構(gòu)變化、離子與水分遷移規(guī)律，從微觀層面分析電滲機理，了解土體電學、滲流、力學等材料特性的發(fā)展演化規(guī)律；2. 理論模型層面，本課題基于電滲微觀機理完善非線性多場耦合電滲固結(jié)理論模型，開發(fā)數(shù)值分析軟件，發(fā)展電滲固結(jié)設(shè)計理論；3. 工程應用層面，開發(fā)電滲固結(jié)-真空預壓聯(lián)合加固和電化學加固技術(shù)，研制物理模型試驗裝置，系統(tǒng)開展物理模型試驗，實時監(jiān)測電場、位移場和孔隙水壓力場的時空分布特征，研究成果可用于軟土地基加固的優(yōu)化方案設(shè)計。本課題取得如下研究成果：發(fā)表SCI論文11篇，授權(quán)國家發(fā)明專利1項；獲得計算機軟件著作權(quán)登記2項；培養(yǎng)博士研究生4名，碩士研究生6名；開展國際學術(shù)交流與科研合作活動10余次。項目工作圓滿完成，達到預期研究目標。本課題研究成果能夠推動電滲固結(jié)技術(shù)在巖土工程中的實踐應用，具有潛在的經(jīng)濟和社會效益。 2100433B

軟土的非線性壓縮和滲透特性以及其中滲流并不完全符合達西定律的現(xiàn)象早已為人們所認識，但考慮非達西滲流的軟土非線性固結(jié)理論至今尚無, 致使在實際軟土地基加固和處理工程設(shè)計中目前仍只能被動地采用現(xiàn)有建立在達西定律基礎(chǔ)上的固結(jié)理論。本項目擬通過系統(tǒng)深入的理論研究,并結(jié)合采用GDS高級固結(jié)儀進行的試驗，建立和發(fā)展可考慮非達西滲流的成層軟土地基非線性固結(jié)理論。在此基礎(chǔ)上，全面分析非達西滲流和軟土的非線性等因素對軟土地基固結(jié)性狀的影響, 以及基于達西定律的軟土固結(jié)理論與基于非達西滲流定律的軟土固結(jié)理論的主要差別和適用范圍等。同時，繪制可供實際工程直接使用或參考的相關(guān)固結(jié)計算曲線和圖表。為軟土地基加固處理工程提供更為貼近實際、更合理有效的計算理論和技術(shù)。 2100433B