电渗技术在改良土壤方面的应用研究

　　引言

　　电泳是指在电场作用下，溶胶粒子在分散介质中的定向移动现象。电泳和电渗属于胶体的电动现象。电动现象是指溶胶粒子的运动与电性能之间的关系。一般包括电泳、电渗、流动电位与沉降电位。电动现象的实质是由于双电层结构的存在，其紧密层和扩散层中各具有相反的剩余电荷，在外电场或外加压力下，它们发生相对运动。电渗加固法因其具有扰动小，噪音低，固结速度快等优点而拥有着很大的发展潜力，但是它在工程实践中的应用却一直不能得到推广。

　　本文在室内实验的基础上，从传统电渗试验入手，结合现场试验方案，对电渗加固法进行系统的研究和分析。试验结果显示，传统电渗加固法能够对土体的加固产生一定的作用，使土体的含水率降低，不排水抗剪强度提高，但也存在很多问题如电能利用率低，土体固结效果很不均匀，易达到电渗平衡点，土体裂隙发展迅速等。综合分析得出制约电渗效率的三个主要因素，即负孔隙水压力的发展、土体的电阻率不断增大和界面电阻的存在。

　　所用直流电源设计

　　电源框图见图1,三相交流电源输入经输入三相变压器隔离、相序检测、整流、滤波变换成直流电压,再经低压变压器隔离、极性变换控制、输出100 V/200A的直流输出。

　　电源主要参数包括：输入交流电压：三相380VAC(-20%～+15%)，50Hz(±10%);额定输出电流：0～300A;输出电压：0～100V;整机效率：η≥90%。

　　在上述输出的电流范围内，电流跟据负载变化，并有“过压”、“过流”保护。电源能定时自动倒向(即正、负极切换)，其时间可设定，范围设为0～15分钟可调。

　　实验步骤

　　连续通电3天，此时土体已经产生较宽裂缝[1]，交换电极正负极，希望提高土体固结均匀度[2];连续通电0.5天，排水量几乎为零时，再次交换电极极性;分别以通电3小时，停2小时和通电2小时停2小时的方式，各持续一天，如此间歇仍然能达到此前连续通电一天的效率，但提高不大;将一根新铜棒作为新阳极插在原阳极附近，通电6天;将原来电蚀的阳极铜管拔出(不包括土工布)，放置在新位置，再连续通电4天后断电。

　　电流及电能损耗分析

　　电流随着时间的变化逐渐减小[3]。具体而言，选用裹上土工布的铜管作为阳极和直接选用紫铜作阳极两个阶段的情况相比较，不难看出，电流下降速度较缓，也就是说有效排水的时间较长。

　　交换电极极性后，在几分钟之内降为零，排水效率也几乎为零，分析认为，阳极端土体排水固结速度较快，显现干硬状态，而导电性锐减[4]，导致阳极与土体接触的界面电阻突然变大，结果极大地降低了电渗的效率。

　　在间歇通电时间阶段，分别采取了通三小时停两小时，通两小时停两小时的通电方案，同样，通电初电流能恢复较大值，如200A 左右，半小时后就降为5A，电流一旦小下来，电渗的效率也就微乎其微了，排水量勉强可以和间歇通电前一天的排水量相等。拟通过一定间隔的时间让土体的含水率分布有一个自然调整的过程，从而在下次通电过程中更有效地利用电能。