考虑电导率变化的电渗固结模型_吴辉
考虑电导率变化的电渗固结模型_吴辉
第4期 .4 月
岩
土
工
程
学ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
报
Chinese Journal of Geotechnical Engineering
Vol.35 No.4 Apr. 2013
考虑电导率变化的电渗固结模型
吴 辉
1，2
，胡黎明
1，2*
(1. 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084；2. 清华大学水利水电工程系，北京 100084)
100 h，其中通电时间为 57 h，两极间电压随时间变化 情况如图 1 所示。
1
电渗室内试验
图 1 电极间电压随时间变化情况 Fig. 1 Variation of voltage between anode and cathode with time
采用自行开发的室内轴对称电渗试验仪，以高岭 土为试验材料开展电渗试验，通过室内试验对经过调 匀饱和后的土样进行基本物性试验，得到其物理参数 如表 1 所示。 仪器外径为 18.8 cm， 中间排水管半径为 1.25 cm， 高度 20 cm。 中间的排水管上开有小孔排水， 用土工布缠绕后再螺旋式缠绕一圈铁丝作为阴极，连 接到电源负极，紧贴仪器内壁竖向放置有 32 根铁丝， 作为阳极并均连接到电源正极。
0
引
言
随着我国经济的不断发展，各项基础设施建设越 来越多，沿海城市的开发也受到了广泛的重视。这些 工程实践中都存在一个共同的问题，即软黏土地基的 快速加固处理。利用传统的排水固结方法对这类渗透 性差，压缩性高的土进行处理，费用较高，工期较长。 电渗加固法是近年来逐渐受到关注的一种地基处理方 法，相对于传统的堆载等方法，它具有处理效率高， 效果好的优点，尤其对于低渗透性土具有较好的处理 效果。 电渗法的发展可以追溯到 1809 年俄国学者 Reuss 首次发现黏土颗粒带电的工作[1]， 在 20 世纪 30 年代，
《2024年具有壁面粗糙度的微通道内电渗流动》范文
《具有壁面粗糙度的微通道内电渗流动》篇一一、引言微通道内的电渗流动是众多科技领域，如微流控、生物医药以及化学工程中不可或缺的关键技术。
特别是在涉及到高精度的测量、控制以及操作等场景下，电渗流动的特性与行为成为了研究的热点。
本篇报告将针对具有壁面粗糙度的微通道内电渗流动展开研究，探讨其影响因素与特性。
二、壁面粗糙度对电渗流动的影响壁面粗糙度是影响微通道内电渗流动的重要因素。
当微通道的壁面粗糙度增加时，电渗流动的阻力会增大，流动速度会相应减小。
同时，粗糙度的存在还会改变流体的流动形态，导致流体在微通道内产生湍流等现象。
此外，壁面粗糙度还会影响电渗流体的分布和扩散，对微通道内的传质和传热过程产生重要影响。
三、微通道内电渗流动的数学模型为了更好地研究具有壁面粗糙度的微通道内电渗流动的特性，我们建立了相应的数学模型。
该模型基于流体动力学和电化学原理，考虑了微通道的几何形状、壁面粗糙度、流体性质以及外加电场等因素。
通过求解该模型，我们可以得到电渗流动的速度分布、压力分布以及流体的分布和扩散情况等关键信息。
四、实验方法与结果分析为了验证数学模型的准确性，我们进行了相关的实验研究。
实验中，我们采用具有不同壁面粗糙度的微通道，并施加一定的外加电场。
通过测量流体的速度分布、压力分布以及流体的分布和扩散情况等参数，我们得到了实验数据。
将实验数据与数学模型计算结果进行对比，发现两者具有较好的一致性，证明了数学模型的准确性。
五、讨论与展望通过对具有壁面粗糙度的微通道内电渗流动的研究，我们发现了壁面粗糙度对电渗流动的阻力、流体形态以及传质传热过程的影响。
这些研究结果对于优化微通道设计、提高电渗流动的控制精度以及拓展其应用领域具有重要的意义。
然而，仍有许多问题值得进一步探讨。
例如，如何更准确地描述壁面粗糙度对电渗流动的影响？如何进一步提高电渗流动的控制精度？如何将电渗流动应用于更广泛的领域？这些都是我们未来研究的重要方向。
六、结论本报告针对具有壁面粗糙度的微通道内电渗流动进行了深入研究，建立了相应的数学模型，并通过实验验证了模型的准确性。
土壤介电常数模型研究综述
2024年3月 灌溉排水学报第43卷 第3期 Mar. 2024 Journal of Irrigation and Drainage No.3 Vol.4361文章编号：1672 - 3317（2024）03 - 0061 - 10土壤介电常数模型研究综述徐兴倩1，王海军1，屈 新2，彭光灿1，赵 熹1*（1.云南农业大学 水利学院，昆明 650201；2.安阳工学院 土木与建筑工程学院，河南 安阳 455000）摘 要：【目的】调查影响土壤介电常数的主控因子，归纳分析土壤介电常数模型的研究现状。
【方法】从土壤介电理论出发，系统梳理土壤介电常数的主要影响因素，对现有土壤介电常数模型进行分类总结，并对比分析各模型的优势、局限和应用现状及其发展趋势。
【结果】国内外不同土壤类型的介电常数主控影响因素各异，且对测试频率的依赖性较大，但能有效反映土壤的水分状态；土壤介电常数模型分为4类：理论模型、半经验理论模型、经验模型和边界模型。
【结论】目前针对区域性特殊土类的介电特性及模型构建研究较少；考虑土壤三相组比、矿物成分和微观结构对介电常数的贡献度将有助于提升模型精度，进而拓展基于介电常数测试的土壤理化性质评价分析方面的应用研究。
关 键 词：土壤；含水率；电磁波；介电常数；模型中图分类号：S152 文献标志码：A doi ：10.13522/ki.ggps.2023380 OSID ： 徐兴倩, 王海军, 屈新, 等. 土壤介电常数模型研究综述[J]. 灌溉排水学报, 2024, 43(3): 61-70.XU Xingqian, WANG Haijun, QU Xin, et al. Study on soil dielectric constant models: A review[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2024, 43(3): 61-70.0 引 言【研究意义】土壤介电常数是表征其介电性质或极化能力的物理参数之一，用相对介电常数表示。
深厚覆盖层释水变形理论与工程应用-河海大学科技处
饱和非饱和软土渗流变形模型
庄超
10
博士研究生
河海大学
河海大学
多层含水系统水文地质参数确定方法
主要完成单位及创新推广贡献
河海大学作为本项目的独立完成单位，在项目的立项、研究、成果凝练和工程应用方面作出了重要贡献，在项目中起到总体方案策划和技术路线制定的关键作用，并负责项目执行过程中的组织、协调、科研工作落实、成果整理、评审鉴定等工作。
河海大学深厚覆盖层释水-变形特性与基础施工安全控制课题组长期从事覆盖层变形特性及其工程应用领域的科研和教学工作。为满足深厚覆盖层地下水资源、地质环境及大型工程安全需求，十多年来围绕深厚覆盖层变形机理、水文地质参数获取技术、大型工程地层变形控制及监测测试技术等进行了大量的科学研究工作，在软土释水-变形规律及参数确定方法、控制沉井基础安全施工的注水助沉技术、基础外水压力控制技术和周边地层变形安全控制技术、基础与地基相互作用监测技术等方面取得了一系列成果，丰富了水文地质学理论和方法。研究成果已直接应用于解决深厚覆盖层大型基础施工及控制问题，先后在江阴长江公路大桥、润扬长江公路大桥、苏通大桥、泰州长江公路大桥、南京市地铁工程、南京市过江隧道等工程中得到了成功应用，相关监测测试技术和方法已推广应用于水利水电、电力、矿山等行业中，取得了巨大的社会经济效益。
申请发明专利
(1)周志芳，赵燕容，王锦国，王仲夏。一种智能控制钻孔地质参数测量装置，发明专利，申请号：CN201410391692.7
(2)刘国庆，周志芳，吴蓉，王锦国。多孔介质含水层水-热耦合砂槽物理模型试验系统，发明专利，申请号：CN201320092133.7
实用新型专利
(1)周志芳，杨建，余钟波，吴蓉，黄勇。钻孔振荡式渗透系数取值试验气压式水头激发装置，实用新型，ZL200820030982.9
高岭土电渗固结特性及数值模拟研究
2021 年
沈美兰，等：高岭土电渗固结特性及数值模拟研究
· 79 ·
沉积软土具有含水率高、压缩性高、渗透系数 低、强度低等特点，采用传统的堆载预压法、真空预 压法排水时间过长，施工期间可能引起土体剪切强度 破坏。电渗法使得软土内部形成较大孔隙水渗流， 从而可以加快软土排水，是固结软土的有效方法。 Casagrande[1] 将 电 渗 技 术 首 次 运 用 到 铁 路 工 程 中 。 Lamont-Black[2] 对较大范围的路基边坡土进行电渗处 理，排出水量 7300 L。为探究电渗排水固结机理，众 多 学 者 进 行 了 室 内 试 验 研 究 。 胡 黎 明 等 [3] 探 究 不 同 干密度下土体的排水效果分析，发现随着土体干密度 的 增 大 ， 排 水 量 和 排 水 速 率 逐 渐 减 小 。 Hamira 等 [4] 对高岭土进行电渗排水试验，发现 25 V 电压下高岭土 的 排 水 量 为 10 V 电 压 下 的 1.55 倍 ， 但 单 位 体 积 排 水 量 耗 能 更 高 。 李 瑛 [5] 对 杭 州 土 的 电 渗 排 水 试 验 表 明 低 电 压 条 件 下 的 电 渗 渗 透 系 数 较 高 。 金 志 伟 等 [6] 研 究表明，真空-电渗联合排水法可以对低含水率盾构泥 浆进行脱水分离。
液导管及开关；16—导线
1.2 试验方法
（1）土样的配制
本 试 验 采 用 商 品 高 岭 土 ， 含 水 率 49%， 比 重 2.72，
液限 15%，塑限 49%，塑性指数 34。
将高岭土放入烘箱，在温度 105 °C 条件下烘 24 h，
除去水分，取出在室温下冷却。随后将高岭土配制成
目标含水率 49% 的土料，搅拌完后对土料抽真空以去
边坡电渗模型试验及能量分析法数值模拟_庄艳峰
（1）现有的电渗理论在推导过程中都假定排水
收稿日期：2006-12-23 基金项目：非饱和土坡变形机制和 FRP 螺旋锚护坡技术的研究（No. 50279036）；中国博士后科学基金（No. 2005038041）。 作者简介：庄艳峰，男，1978 年生，博士后，主要从事土工合成材料和软土固结的科研工作。E-mail: zhuang@
第9期
庄艳峰等：边坡电渗模型试验及能量分析法数值模拟
2411
模型的边界条件为：上覆层表面以及斜坡面直 接与大气接触；边坡模型的其余各个表面都预先铺 上一层防水布；上覆层底部铺设防水布，模拟阳极 处的不透水边界；下垫层上部铺设无纺织物，模拟 阴极处的透水边界。
试验电源采用中川集团上海振华稳压器厂出产 的 WYJ 系列高精度直流稳压稳流电源，该电源系 0~60 V/5 A 可调式直流单路稳压电源，电压在 0~60 V 范围内连续可调，电流在 0~5 A 范围内连续可调。 2.4 电渗加固之后的边坡等含水率曲线
电渗加固过程持续 372.07 h（约 15.5 d）之后在 边坡模型内部的不同位置取样测定土体的含水率， 含水率测点的位置如图 3 所示，根据测得的含水率 数据插值作出等含水率曲线如图 4 所示。
图 3 边坡内部土体含水率测点分布图 Fig.3 Location of water content detected points
纵向抗拉强度 / N·cm-1
干态 湿态
渗透系数 / cm·s-1
45 22
0.37
0.07
图 1 EKG 电极实物照片 Fig.1 Photo of EKG electrodes
2.3 边坡模型的填筑 模型的尺寸如下：上底为 43 cm，下底为 83 cm，
非饱和土电渗加固的试验研究
非饱和土电渗加固的试验研究孙益成;杨建贵;李琦梦;张海鹏;彭劼【摘要】电渗法是一种重要的处理软土的方法.电渗固结理论假设土是完全饱和的,而实际工程中处理的土多为非饱和土,电渗加固效果仍尚待研究.为此,采用自制的一维加固电渗仪,进行不同饱和度黏土的电渗对比试验,通过比较试验中电流、排水量、沉降、含水率、最终强度等指标的变化情况,研究非饱和土的电渗加固效果.结果表明,从电渗结束后土体强度增长幅度上看,含水率越低的土样强度增长幅度越小.与饱和土相比,电渗对非饱和土有一定的加固效果,但是加固效果不及饱和土.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)021【总页数】6页(P307-312)【关键词】高岭土;电渗;饱和度;一维;适用性;效率【作者】孙益成;杨建贵;李琦梦;张海鹏;彭劼【作者单位】河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,南京210098;河海大学岩土工程科学研究所,南京210098;南京市秦淮河河道管理处,南京210012;河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,南京210098;河海大学岩土工程科学研究所,南京210098;河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,南京210098;河海大学岩土工程科学研究所,南京210098;河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,南京210098;河海大学岩土工程科学研究所,南京210098【正文语种】中文【中图分类】TU472超软土的快速脱水、处理是当前岩土工程中的一个重要课题。
电渗法作为一种处理软土的方法，近年来逐渐得到了学界的关注。
电渗是指在土体上插上电极，并通以直流电，使土中的离子带动水分子一起移动，从而增强土体脱水能力的方法[1]。
这种方法可以使土体的含水率降低，强度提高。
电渗法的施工强度低，排水速度主要取决于电力渗透性能而非土体的水力渗透性能，因而适合应用于加固渗透系数极低的淤泥、淤泥质黏土等，并且已经在工程中得到了一些应用。
ANSYS 基于Biot 固结理论流固耦合模型及应用
UX，UY，PRES UX，UY，PRES UX，UY，UZ，PRES UX，UY，UZ，PRES UX，UY，UZ，PRES
二维，4 节点，位移和孔隙压力为线性的 二维，8 节点，位移和孔隙压力为二次的 三维，8 节点，位移和孔隙压力为线性的 三维，20 节点，位移和孔隙压力为线性的 三维，20 节点，位移为四面体二次的，孔隙压力为线性的
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
深度y/a
(a) CPT212
(b) CPT213
图 2 超孔隙水压力随深度变化曲线
图 2 表示了超孔隙水压力随深度的变化曲线，CPT2 计算精度明显要低于 CPT213 的计算结果的计算
精度，当 a=2 时，计算结果的离散性较大，随着网格的加密，计算结果也越接近文献值，但是增加幅度不
2 模型基本理论
2.1 基本公式
流固耦合主要是固体骨架的变形和流体的耦合，孔隙介质的固结伴随着流体压力的消散，这一过程与 时间相关。ANSYS 把孔隙介质作为多相体使用扩展 Biot 固结理论来模拟空隙介质流，假定介质为单相流 饱和体。Biot 固结理论是 Biot 于 1941 年首次基于严格固结机理推导的能准确反映孔隙压力消散与土骨架 变形之间耦合作用的真三维固结理论[3]，该理论考虑了孔隙水渗流、体现了固结随时间不断发展过程；与 Terzagi 一维固结理论相比，Biot 固结理论考虑了土骨架变形与孔隙水渗流之间的耦合，是固结三维理论[4]。 饱和体中任一点的孔隙压力和位移随时间的变化，须同时满足平衡方程和连续性方程式，将两者联立起来， 便是 Biot 固结方程，可表示为[5]：
电渗法加固软土地基研究现状及展望
电渗法加固软土地基研究现状及展望刘睿;傅少君;张瑞;赵斌【摘要】电渗固结法可以短时高效地提高地基承载力,且不会产生地基失稳现象,是针对软土地基应用前景较好的地基处理方法.结合国内外研究现状,简要介绍了电渗法的加固机理,着重分析了电势梯度、通电方式、电极材料与布置形式、土壤含水量、含盐量及pH值等因素对于电渗固结过程的影响.综述了电渗法的试验研究与数值模拟研究进展.基于目前电渗法国内外研究现状,指出电渗法存在的问题,并对其未来发展进行了展望.【期刊名称】《福建建筑》【年(卷),期】2019(000)006【总页数】7页(P38-44)【关键词】软土;电渗固结;地基处理;加固机理;数值模拟【作者】刘睿;傅少君;张瑞;赵斌【作者单位】西京学院陕西省混凝土结构安全与耐久性重点实验室陕西西安710123;西京学院陕西省混凝土结构安全与耐久性重点实验室陕西西安710123;武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072;西京学院陕西省混凝土结构安全与耐久性重点实验室陕西西安710123;辽宁省第五地质大队有限责任公司辽宁营口115100【正文语种】中文【中图分类】TU4720 引言随着人口数量与城镇规模的逐渐增加，土地资源供需矛盾成为影响人类生活与发展的主要问题，为了解决这一问题，许多沿海城市通过填海造地来扩展土地面积。
沿海土体通常以软土为主，软土具有含水量高、孔隙比大、渗透性低、压缩性高、承载力低等特点，若不进行适当的地基处理，其承载力与稳定性很难达到施工要求。
过大的工后沉降会影响建筑物的寿命周期，甚至威胁到人类的生命安全与财产，因此有必要针对软土地基进行适当的地基处理。
常用的软土地基处理方法为排水固结法，包含真空预压法、降水预压法、堆载预压法、电渗固结法等。
然而，真空预压与降水预压对处理边界的施工要求高，排水固结速率受土体水力传导系数的影响，有时难以达到预期加固的目的。
堆载预压受限于堆载材料的来源及有可能导致的地基失稳，不适用于短工期情况。
基于孔隙几何形态导电理论的低孔隙度低渗透率储层饱和度解释模型
基于等电势梯度模型试验的滩涂淤泥电渗效率分析
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｏｓｍｏｓｉｓｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｍａｒｉｎｅｓｌｕｄｇｅ，ｌａｂｏｒａｔｏｒｙｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅｓｅｔｕｐ ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｉｍｉｌｉｔｕｄｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｔｅｓｔｓｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｕｎｄｅｒｃｏｎｓｔａｎｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｇｒａｄｉｅｎｔ．Ｄｕｒ ｉｎｇｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｗａｔｅｒｄｉｓｃｈａｒｇｅ，ｔｈｅａｐｐａｒｅｎｔｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｗｅｒｅｍｅａｓ ｕｒｅｄ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｏｓｍｏｔｉｃｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｕｓｅｒａｔｉｏａｎｄｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｐａｃｉｎｇｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｏｓｍｏｔｉｃｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｔｈｅｔｒｅａｔｉｎｇ ｔｉｍｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．Ａｓｉｍｐｌｅｅｘａｍｐｌｅｗａｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｄｉｓ ｃｕｓｓｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｕｓｅｒａｔｉｏａｎｄｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉ ｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ ｔｈａｔｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｄｅｃｒｅａｓｅｓｌｉｎｅａｒｌｙｗｉｔｈｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｐａｃｉｎｇｉｎｔｈｅｅａｒｌｙｓｔａｇｅｏｆｅｌｅｃｔｒｏｏｓｍｏｓｉｓｕｎｄｅｒｃｏｎｓｔａｎｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｇｒａｄｉｅｎｔ．Ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｄｒｏｐｓｔｏ０．５４Ｗ· ｈ／ｍＬｗｈｅｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｐａｃｉｎｇｄｅｃｒｅａｓｅｓｔｏ １２ｃｍ．Ｔｈｅｓｈｏｒｔｅｒｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｐａｃｉｎｇ，ｔｈｅｌｅｓｓｔｈｅｔｒｅａｔｉｎｇｔｉｍｅｆｏｒｔｈｅｅｑｕａｌｄｅｗａｔｅｒｉｎｇｅｆｆｅｃｔ． Ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｏｓｍｏｔｉｃｄｒａｉｎａｇｅｒａｔｅ，ｂｕｔｄｏｅｓ ｎｏｔａｆｆｅｃｔｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｏｓｍｏｔｉｃｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．Ｉｔｉｓｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄｔｏｓｅｌｅｃｔｎｅｗｔｙｐｅｓ ｏｆｅｌｅｃｔｒｏｋｉｎｅｔｉｃｇｅｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃｓａｎｄａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｏｓｍｏｓｉｓ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｅｃｏｎｏｍｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｓｔａｎｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｇｒａｄｉｅｎｔ；ｅｌｅｃｔｒｏｏｓｍｏｓｉｓ；ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ
软土地基电渗固结理论分析与数值模拟
随着国民经济的飞速发展，我国基础建设的实 施地域越来越广，面临处理的地基土也变得越来越 多样、复杂。软黏土地基具有含水率高、压缩性大、 抗剪强度低、触变性强等不利的工程性质，工程应 用中必须有效地使其排水固结以提高抗剪强度、减 小压缩性。但软土的低渗透性常常导致处理费用昂 贵、工期漫长。近年来，随着沿海城市开发和港口 建设的飞速发展，利用疏浚软土吹填造陆是解决土
ａｇｒｏｓｓ
ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ
ｅｍｂｅｄｄｅｄ
ｃａｎｎｏｔ
ｔｈｅ ｓｏｉｌ ａｎｄ
ｃａｕｓｅ
ａｎｏｄｅ
ｔｏｗａｒｄ ｔｈｅ
ｃａｔｈｏｄｅ．１１１ｅ
ｅｌｅｃｔｒｏｏｓｍｏｓｉｓ ｔｈｅｏｒｙ
ｐｒｏｖｉｄｅ ｓａｔｉｓｆｉｅｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓ ｏｆ
ｃｏｎｓｔａｎｔ
３９７９
因此，有：
作用力荷载列向量；兄。为水流和电流条件的列向
（４）
Ｖ（ｋｈＶＨ＋ｋｏｖＶ）＝鲁＝昙（Ⅶ）
式中：￡为骨架体应变；ｔ为时间。 ２．４土体中的电场变化
量；鬈一，为第玎一１个时间步长计算得到的ｒ值；ｐ 为时间步长系数，一般０＜口＜１。本文有限元格式 采用伽辽金法推导得到。 边界条件包括两类，第１类为Ｄｉｆｉｃｈｌｅｔ条件：
哥＝ｖ’ｈ＋吃＝吨ｇｒａｄ（Ｈ）－ｋ，ｇｒａｄ（Ｚ）
水力渗透系数。
（３）
式中：瓦为水力梯度作用下的水力渗流速度；晚为
土体中孔隙水的运动会引起土体的体积变化。 假设土体在电渗过程中～直保持饱和，根据水流连 续性原理，土单元体体积变化与孔隙水净流量相等，
万方数据
第１２期
胡黎明等：软土地基电渗同结理论分析与数值模拟
根据电荷守恒原理，土体中电场控制方程为
《第三届全国环境岩土工程与土工合成材料技术研讨会》 会议手册
17:30～
08:30～10:10
10:10～10:25
10:25～12:05
11 月 20 日 12:05～13:30
华美达酒店 13:30～16:00
16:00～16:20 16:20～17:20 星晨酒店 18:00～
11 月 21 日 08:30～
会议内容
地点
联系人
报到、注册
华美达大酒店
蒋纯
Effect of MgO Additive on Preventing Leakage of Cr(VI) and Fluorine 城市地下工程基坑开挖对临近区域环境的影响 污染土壤地下水修复技术的模型试验和数值模拟 茶歇及展览 主题报告 主持人： 郑 刚 教授 天津大学/ 王建华 教授 上海交通大学 高速列车引起的软土地基振动机理及隔震研究 上海软土深基坑开挖的变形性状及控制研究 立体加筋的结构体系的性状及作用机理研究 土工合成材料应用技术及工程案例分析 午餐（华美达大酒店 2 楼） 分会场报告 1（城市建设，多功能厅Ⅴ） 主持人： 徐永福 教授 上海交通大学/ 孙德安 教授 上海大学 深部采动对塌陷盆地周边土体影响的空间效应研 地基加固控制开挖对附近桩基影响有限元分析 结构性软土力学特性的试验研究 静压桩挤土对既有隧道的影响及施工措施研究 含宏观裂纹混凝土冻融的力学性能试验研究 茶歇及展览
包承纲 杜修力 陆忠民 何燕云
杨平 杨广庆 陈建峰
唐晓武 贾永刚 杜延军
教授 教授 教授级高工 高级技术工程师
长江科学院 北京工业大学 上海勘测设计研究院 上海中仿科技
教授 教授 教授
南京林业大学 石家庄铁道大学 同济大学
教授 教授 教授
浙江大学 中国海洋大学 东南大学
渗流模型在环境修复工程中的应用
渗流模型在环境修复工程中的应用一、渗流模型概述渗流模型是环境工程领域中用于模拟液体在多孔介质中运动的数学模型。
这种模型对于理解和预测地下水、污染物、营养物质等在土壤、岩石和沉积物中的迁移具有重要意义。
渗流模型的应用，不仅有助于环境修复工程的设计和实施，还能够对环境风险进行评估和管理。
1.1 渗流模型的基本概念渗流模型基于流体力学和扩散原理，通过数学方程描述流体在多孔介质中的运动。
这些模型通常包括连续性方程、运动方程和扩散方程，它们共同描述了流体的流动和物质的传输。
1.2 渗流模型的应用领域渗流模型在多个领域中都有广泛的应用，包括但不限于：- 地下水资源的评估和管理- 污染物的迁移和扩散模拟- 土壤和地下水的修复工程- 农田排水和灌溉系统的优化- 环境风险评估和污染源控制二、渗流模型的分类与特点渗流模型可以根据其复杂程度和应用场景被分为不同的类型。
每种模型都有其特定的适用范围和特点。
2.1 确定性与随机性模型确定性模型基于已知的物理定律和边界条件，提供确定性的预测结果。
而随机性模型则考虑了系统中的不确定性因素，如介质的非均质性，提供概率性的预测。
2.2 宏观与微观模型宏观模型关注整个系统的大尺度行为，而微观模型则深入到介质的微观结构，研究流体在微观层面的运动。
2.3 一维、二维与三维模型根据研究对象的空间维度，渗流模型可以分为一维、二维和三维模型。
一维模型适用于垂直流动问题，二维模型适用于平面流动问题，而三维模型则能够模拟复杂的空间流动。
2.4 稳态与非稳态模型稳态模型假设系统在长时间尺度上达到平衡状态，而非稳态模型则考虑了随时间变化的过程。
三、渗流模型在环境修复工程中的应用渗流模型在环境修复工程中的应用是多方面的，它们为工程师提供了强有力的工具来设计和评估修复策略。
3.1 污染物迁移模拟渗流模型可以模拟污染物在土壤和地下水中的迁移过程，帮助工程师确定污染物的分布和扩散范围，为修复工程提供基础数据。
电渗的二维固结理论
电渗的二维固结理论
苏金强;王钊
【期刊名称】《岩土力学》
【年(卷),期】2004(25)1
【摘要】在Esrig一维固结理论的基础上,采用分块处理的办法,就阴极排水,阳极不排水;阴极不排水,阳极排水;阴极排水,阳极排水三种情况进行了二维固结理论的解析,证明了电渗最终产生的超孔隙压力可正、可负,其极值决定于两极所加电压大小,其分布与电压的分布和边界条件有关,和初始条件无关。
【总页数】7页(P125-131)
【关键词】电渗;二维固结;边界条件;初始条件;超孔隙水压力;平均固结度
【作者】苏金强;王钊
【作者单位】大连市建筑科学研究设计院股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】P631.31
【相关文献】
1.考虑有效电势变化的软土一维电渗固结理论 [J], 龚明星;王档良;詹贵贵
2.考虑电势非线性分布的电渗固结理论 [J], 储旭
3.分级加载电压下考虑有效电势变化的软黏土电渗固结理论 [J], 李少宇; 阳龙; 施文
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电导率随深度分层线性变化的大地电磁响应
电导率随深度分层线性变化的大地电磁响应
方胜;罗延钟
【期刊名称】《地球物理学报》
【年(卷),期】1991(34)2
【摘要】本文在电导率随深度分层线性变化的地球模型上,研究了大地电磁的正演问题.由Airy微分方程导出了电场和磁场水平分量的解、地面阻抗的递推表达式和视电阻率的计算公式;并证明了分层线性模型与均匀层状模型一样,也存在高阻薄层的H等值性和低阻薄层的S等值性;总结了电导率随深度的变化率α,对大地电磁测深曲线的影响规律.
【总页数】1页(P216)
【作者】方胜;罗延钟
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】P319
【相关文献】
1.复杂地形电导率线性变化二维大地电磁有限单元法正演模拟 [J], 欧东新;韦者良
2.大地水平分层电导率对架空线缆HEMP响应的影响 [J], 文刚;齐世举;姜勤波;蔡星会
3.基于分层大地电导率模型的电网GIC算法研究 [J], 刘同同;刘连光;邹明
4.电导率分块线性变化的二维高频大地电磁法有限元正演模拟 [J], 戴前伟;张富强;杨坤平;李芸芸
5.导电率随深度分层线性变化的一维大地电磁正、反演问题的研究 [J], 方胜;罗延钟
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环境化学条件对软土电渗排水影响的试验研究
环境化学条件对软土电渗排水影响的试验研究
张林;胡黎明
【期刊名称】《水力发电学报》
【年(卷),期】2024(43)6
【摘要】电渗排水在软土地基加固方面具有较大的应用前景。
为研究土体环境化
学条件对软黏土电渗排水过程的影响,开展了一系列室内试验,从电渗系数、排水量、排水速率、含水率分布等方面进行了对比分析,深入探讨土体pH值和盐度对电渗
排水过程的影响机理。
试验结果表明:土体pH值对土体的电渗系数和zeta电位均有明显影响,电渗系数随着pH值的升高而升高,通过测量zeta电位可以准确获取电渗系数;随着土体初始pH值的升高,电渗排水试验后阳极附近土体的含水率逐渐降低,阴极附近土体的含水率逐渐升高;在对较酸性土体的电渗试验中则出现了阴极附
近土体排水固结较快的现象,对土体的整体排水过程产生不利影响;随着土体盐度的
升高,电渗系数和电渗总排水量降低,能耗增大。
低盐度、偏碱性的环境有利于提高
电渗加固效果。
【总页数】10页(P33-42)
【作者】张林;胡黎明
【作者单位】华北电力大学水利与水电工程学院;清华大学水圈科学与水利工程全
国重点实验室;清华大学水利部水圈科学重点实验室;清华大学水利水电工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TU472
【相关文献】
1.电势分布对软土电渗排水效果的模型试验研究
2.通电方式对电渗加固软土影响试验研究
3.电渗联合化学溶液加固淤泥质软土试验研究
4.电渗-包裹碎石桩布置形式对软土加固效果影响的模型试验研究
5.含盐量对软黏土电渗排水影响的试验研究
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Casagrande 则将电渗法首次应用到实际工程[2]。1968 年，Esrig 发展了一维电渗固结的理论模型，并推导了 其解析解[3]。Wan 等则进一步发展了堆载–电渗联合 的一维解析理论[4]。苏金强等发展了二维电渗固结模 型， 讨论了不同边界条件下的解析解[5]。 Lewis 等发展 了电渗过程的有限元数值解法[6]。在以上这些理论和 数值研究中，土体中的电势被假设为线性分布并且恒
第 35 卷 20ห้องสมุดไป่ตู้3 年
第4期 .4 月
岩
土
工
程
学
报
Chinese Journal of Geotechnical Engineering
Vol.35 No.4 Apr. 2013
考虑电导率变化的电渗固结模型
吴 辉
1，2
，胡黎明
1，2*
(1. 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084；2. 清华大学水利水电工程系，北京 100084)
2 u s ws ( ) ， (2) 2 z t r z 其中，kr，kz 为径向和竖向水力渗透系数，ker，kez 为 径向和竖向电渗系数， 为电势， w 为水的重度。 根据电量守恒原理，得到轴对称条件下的电场控 制方程： 2 2 er 2 er ez 2 Cp ， (3) r r r z t 其中，σer，σez 为径向和竖向电导率，Cp 为土体单位体 积的电容量，对于均匀恒定电场，Cp 为 0。 2.2 高岭土的电导率公式 kez
0
引
言
随着我国经济的不断发展，各项基础设施建设越 来越多，沿海城市的开发也受到了广泛的重视。这些 工程实践中都存在一个共同的问题，即软黏土地基的 快速加固处理。利用传统的排水固结方法对这类渗透 性差，压缩性高的土进行处理，费用较高，工期较长。 电渗加固法是近年来逐渐受到关注的一种地基处理方 法，相对于传统的堆载等方法，它具有处理效率高， 效果好的优点，尤其对于低渗透性土具有较好的处理 效果。 电渗法的发展可以追溯到 1809 年俄国学者 Reuss 首次发现黏土颗粒带电的工作[1]， 在 20 世纪 30 年代，
数值 2.61 100 73 31 2.61
-1
水力渗透系数 kr，kz /(m s )
810-10 8.510-9 0.38 0 2106 0.3
(1) 其中，c1，c2，c3 为与土体弹性模量 E、泊松比 相关 的参数，us，ws 为径向和竖向位移，u 为超静孔压，γ's 为浮重度。 根据达西定律和水流连续原理，可得到轴对称条 件下的渗流控制方程： k 2u 1 kr u 2 k 2 u ker ) r 2 ker 2 z 2 ( r r w z w r r w r
摘
要：电渗是一种有效的软基加固技术。电渗过程中，随着土体的排水固结，其电导率会发生明显的变化。利用自
行开发的轴对称电渗试验仪开展室内电渗试验，分析电渗过程中土体电导率的变化规律。同时考虑土体电导率的非线 性变化特征，发展渗流场与应力应变场耦合的电渗数值分析模型。研究表明：电渗过程中土体内电势分布和电势梯度 均会发生变化，考虑电导率变化的数值模型计算结果与试验结果更加接近。数值模拟结果表明电渗处理过程中阳极处 沉降最大而阴极处沉降最小；室内试验时，由于阳极处边壁的约束作用，最大沉降则发生在靠近阳极的位置。 关键词：电渗固结；电导率；数值模拟；超静孔压 中图分类号：TU44 作者简介：吴 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2013)04–0734–05 辉(1988– )，男，博士研究生。主要从事岩土工程研究。E-mail: hui-wu10@。
100 h，其中通电时间为 57 h，两极间电压随时间变化 情况如图 1 所示。
1
电渗室内试验
图 1 电极间电压随时间变化情况 Fig. 1 Variation of voltage between anode and cathode with time
采用自行开发的室内轴对称电渗试验仪，以高岭 土为试验材料开展电渗试验，通过室内试验对经过调 匀饱和后的土样进行基本物性试验，得到其物理参数 如表 1 所示。 仪器外径为 18.8 cm， 中间排水管半径为 1.25 cm， 高度 20 cm。 中间的排水管上开有小孔排水， 用土工布缠绕后再螺旋式缠绕一圈铁丝作为阴极，连 接到电源负极，紧贴仪器内壁竖向放置有 32 根铁丝， 作为阳极并均连接到电源正极。
土的变形模量 E/kPa 土的泊松比
在试样不同径向位置处布置有 4 个电势传感器， 在不同深度和径向位置处布置有 7 个孔压传感器，分 别对电渗时试样内电势分布和超静孔压进行监测。试 样表面和中部则沿径向分别布置 4 根位移传感器，利 用支架固定后对试样表面和中部的实时沉降进行测 量，另有一只电流表串联于电路中。在中间排水管下 有胶皮管连接到标有体积刻度的气水分离装置，气水 分离装置则进一步连接到真空泵，以对电渗出水量进 行收集和量测。电渗后，利用十字板剪切仪对试样不 同深度和径向处的剪切强度进行测量，同时取样测量 各处含水率，并在不同径向处取样进行液塑限试验。 试验中采用间歇通电的方法，总共试验时间为
1942 年， Archie 提出了适用于无黏性土的电阻率 模型， 认为土体电阻率主要与孔隙水电阻率、 孔隙比、 [13] 土性参数相关 。 1966 年， Keller 等进一步建立了非饱 和土的电阻率模型，引入了饱和度对电阻率的影响[14]。
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2013 年
刘国华等开展了一系列电阻率试验，研究了电阻率与 孔隙率和饱和度的关系[15]。吴伟令以高岭土为试验材 料开展电导率试验，得到了高岭土电导率随孔隙比的 变化规律[12]。本文中所用试验材料为高岭土，与吴伟 令所用试验材料相同，因此，采用其试验得到的电导 率公式： e ， (4) e 1.016 0.349 1 e 其中， e 为电导率（S/m） ，e 为孔隙比。 2.3 数值模型计算参数 数值模型中的初始计算参数与室内试验所得到的 物理参数一致， 即如表 1 中所示。 电导率则采用式 （ 4） 中所示公式，当将初始孔隙比 2.61 代入到式（4）中， 即得到初始电导率为 0.38。另外，数值模型中，阳极 处的电压按照图 1 所示的电压变化情况施加，为不排 水边界，径向位移约束为 0，竖向位移自由；阴极处 为排水边界，径向位移约束为 0，竖向位移自由。
-3
2
2.1
轴对称电渗固结模型
数值模型控制方程
土骨架采用弹性本构方程， 由 Biot 固结理论和有 效应力原理得到轴对称条件下的应力变形控制方程 为[12]
c u s u u s ws u s ws c2 ， (c1 ) [c3 ( )]+ 3 r r z z z r r r r s s s s s (c w c u ) [c ( u w )] c3 w u ， 1 2 3 s z r r z r z r r z
Abstract: Electro-osmosis is an effective method for soft ground improvement. During the electro-osmosis process, the electrical conductivity of soil is different at different positions and changes with time. In order to predict the behaviour of soil, a 1D axisymmetric electro-osmosis experiment is carried out to study the variation of the electrical conductivity during the electro-osmosis process. The finite element method software is developed to simulate the electro-osmosis process in which the seepage field is coupled with the stress and strain fields with relationship of the electric conductivity and the void ratio incorporated. The results indicate that the voltage and voltage gradient change with time. The results of the numerical model which considers the variation of electric conductivity agree better with the experimental ones than those of the numerical model which neglects the variation of electric conductivity. During the electro-osmosis process, the settlement at the anode is the largest. However, in the experiment, the largest settlement is observed between the anode and the cathode since the friction between the soil and the test devices limits the settlement at the anode. Key words: electro-osmosis consolidation; electrical conductivity; numerical simulation; excess pore water pressure