電滲技術在改良土壤方面的應用研究

　　引言

　　電泳是指在電場作用下，溶膠粒子在分散介質中的定向移動現象。電泳和電滲屬于膠體的電動現象。電動現象是指溶膠粒子的運動與電性能之間的關系。一般包括電泳、電滲、流動電位與沉降電位。電動現象的實質是由于雙電層結構的存在，其緊密層和擴散層中各具有相反的剩余電荷，在外電場或外加壓力下，它們發生相對運動。電滲加固法因其具有擾動小，噪音低，固結速度快等優點而擁有著很大的發展潛力，但是它在工程實踐中的應用卻一直不能得到推廣。

　　本文在室內實驗的基礎上，從傳統電滲試驗入手，結合現場試驗方案，對電滲加固法進行系統的研究和分析。試驗結果顯示，傳統電滲加固法能夠對土體的加固產生一定的作用，使土體的含水率降低，不排水抗剪強度提高，但也存在很多問題如電能利用率低，土體固結效果很不均勻，易達到電滲平衡點，土體裂隙發展迅速等。綜合分析得出制約電滲效率的三個主要因素，即負孔隙水壓力的發展、土體的電阻率不斷增大和界面電阻的存在。

　　所用直流電源設計

　　電源框圖見圖1,三相交流電源輸入經輸入三相變壓器隔離、相序檢測、整流、濾波變換成直流電壓,再經低壓變壓器隔離、極性變換控制、輸出100 V/200A的直流輸出。

　　電源主要參數包括：輸入交流電壓：三相380VAC(-20%～+15%)，50Hz(±10%);額定輸出電流：0～300A;輸出電壓：0～100V;整機效率：η≥90%。

　　在上述輸出的電流范圍內，電流跟據負載變化，并有“過壓”、“過流”保護。電源能定時自動倒向(即正、負極切換)，其時間可設定，范圍設為0～15分鐘可調。

　　實驗步驟

　　連續通電3天，此時土體已經產生較寬裂縫[1]，交換電極正負極，希望提高土體固結均勻度[2];連續通電0.5天，排水量幾乎為零時，再次交換電極極性;分別以通電3小時，停2小時和通電2小時停2小時的方式，各持續一天，如此間歇仍然能達到此前連續通電一天的效率，但提高不大;將一根新銅棒作為新陽極插在原陽極附近，通電6天;將原來電蝕的陽極銅管拔出(不包括土工布)，放置在新位置，再連續通電4天后斷電。

　　電流及電能損耗分析

　　電流隨著時間的變化逐漸減小[3]。具體而言，選用裹上土工布的銅管作為陽極和直接選用紫銅作陽極兩個階段的情況相比較，不難看出，電流下降速度較緩，也就是說有效排水的時間較長。

　　交換電極極性后，在幾分鐘之內降為零，排水效率也幾乎為零，分析認為，陽極端土體排水固結速度較快，顯現干硬狀態，而導電性銳減[4]，導致陽極與土體接觸的界面電阻突然變大，結果極大地降低了電滲的效率。

　　在間歇通電時間階段，分別采取了通三小時停兩小時，通兩小時停兩小時的通電方案，同樣，通電初電流能恢復較大值，如200A 左右，半小時后就降為5A，電流一旦小下來，電滲的效率也就微乎其微了，排水量勉強可以和間歇通電前一天的排水量相等。擬通過一定間隔的時間讓土體的含水率分布有一個自然調整的過程，從而在下次通電過程中更有效地利用電能。