真空堆載預壓聯合電滲法試驗和計算理論研究

《真空堆載預壓聯合電滲法試驗和計算理論研究》是依託河海大學，由王柳江擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：真空堆載預壓聯合電滲法試驗和計算理論研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王柳江
• 依託單位：河海大學

項目摘要

真空堆載預壓聯合電滲處理軟黏土地基的方法是近年來新提出的地基加固方法，通過結合真空堆載聯合預壓法和電滲法的優勢，不僅能夠加快地基固結速率，還能顯著提高土體強度，但目前對其加固機理和計算理論缺乏研究。本項目擬通過物理模型試驗，揭示真空堆載預壓聯合電滲法的加固機理及影響因素；在砂井固結理論和電滲固結理論的基礎上，推導出複雜邊界條件下的真空堆載預壓聯合電滲法的飽和固結解析理論；基於多相孔隙介質理論建立真空堆載預壓聯合電滲法的非飽和水氣二相流固結理論，並對其數值計算方法進行研究，開發相應的計算程式；之後，對真空堆載預壓聯合電滲法處理軟黏土地基進行理論分析及數值模擬，評價其加固效果。本項目研究可為真空堆載預壓聯合電滲法的推廣套用提供理論依據，並進一步提高地基處理的計算理論水平。

結題摘要

電滲法是一種通過在土體中插入電極驅動土體中水體自陽極往陰極滲流來加快土體排水的有效地基加固方法，但同樣存在電極腐蝕、能耗大、成本高等缺點，導致其無法在工程中廣泛推廣套用。為此，近年來提出了真空預壓、堆載預壓與電滲聯合作用的加固方法，並在現場試驗中獲得了成功。然而，電滲與其他工法聯合作用機理目前尚未探明，缺乏相關的計算理論，同樣制約了聯合地基加固方法的套用。因此，在已有電滲加固法研究的基礎上，本項目採用室內試驗、理論推導和數值模擬相結合的方法，對電滲與其他工法聯合使用的效果進行了評價，同時探討了其相互作用機理，在此基礎上開展了計算方法研究。主要成果包括：通過真空電滲聯合振動擠密的室內模型試驗，探討了真空-電滲-動力機密三者的聯合作用機制，表明動力擠密具有增大滲流路徑水頭差、閉合電滲產生的裂隙、以及降低單位排水量的電滲能耗等作用；推導出考慮真空預壓聯合電滲加固過程中有效電勢衰減與井阻效應的二維平面解析解，研究了有效電勢衰減速率、殘餘電勢以及真空度沿排水板的折減率對真空預壓聯合電滲加固效果的影響；同時考慮水平和豎向滲流、塗抹效應、載入速率以及附加地基應力分布等影響因素，提出了真空堆載預壓聯合電滲加固法的軸對稱解析解；考慮土體容水度及滲透係數隨飽和度的變化，推導出非飽和土的一維電滲排水解析理論，給出了電滲過程中土體排水量和含水率變化的直接計算公式；考慮電滲過程中土體的產熱效應及其對土體滲流和變形的影響，建立了基於水-熱-力耦合作用的真空堆載預壓聯合電滲固結排水的多場耦合數學模型，開發了相應的有限元計算程式，表明忽略溫度的影響將低估電滲產生的地基沉降和排水量。本項目研究成果儘可能考慮了電滲加固過程中的影響因素以及存在的參數非線性問題，為真空堆載預壓聯合電滲加固工程以及土壤修復工程的設計提供了更簡便、更符合實際的計算方法。