电渗的矿物学机理及电渗吸力和能耗问题研究

在污泥处理、尾矿治理、软土固结等工程中，常需要加速排水固结。传统的堆载预压、真空预压等技术难以满足工程的需要，而对低水力渗透性细颗粒介质排水固结具有 明显优势的电渗法，因电极腐蚀和能耗问题，在工程中的应用受到了很大的限制。开展电渗机理的研究，具有明确的工程应用背景和重要的学术价值。.本项目拟采用三种代表性单组分矿物及其组合，以及添加有机质的人工混合土进行电渗试验，将粘土矿物学与岩土力学相结合，探明电渗的矿物学机理。结合土体矿物特性、吸力和电渗能耗三方面的试验研究，建立以土体能级密度为主要参数的电渗本构模型，使其既适用于非饱和土又可不必量测复杂的吸力参数。通过软粘土地基排水固结和淤泥堆填排水固结电渗模型试验，对该本构模型进行试验验证。.通过本项目的研究，将进一步探明电渗的微观机理，并为电渗工程领域研制新型防腐电极材料- - 电动土工合成材料、降低电渗能耗以及电渗排水设计提供理论依据。

通过不同电极、不同粘土的电渗试验，进一步探明了电渗的矿物学机理，研究表明，电渗的效果取决于土体中可运移离子的迁移能力，而非取决于吸力引起的反向水力梯度和电势梯度作用的平衡，因此提高电渗排水固结效果应该从维持土体中离子的运移能力着手。.本项目研究把EKG材料从概念变成现实，是电渗排水固结领域的重大进展。EKG材料同时解决了之前一直困扰电渗法的两大问题——电极腐蚀和电渗能耗过高的问题，激起了国内对电渗研究的极大热情。.电渗能级梯度理论，以土体能级密度代替吸力，构建了全新的排水固结理论框架，并为电渗理论研究提供了新的视角。基于电渗能级梯度理论，提出了电渗排水固结的设计方法，该方法弥补了传统Esrig理论无法给出电学设计参数的不足。.研发的EKG材料、建立的电渗能级梯度理论、提出的电渗排水固结设计方法，通过现场试验得到了验证。现场试验场地面积为19m×15m，淤泥吹填深度为5.8m，经过36 天的电渗排水固结，含水量从62%降低到36%，承载力从0提高到70kPa，取得了良好的效果。.随着本项目研究的推进，目前电渗法面临的新的挑战包括：1）大面积应用时需要很大功率的电源；2）电势沿深度方向损失，5m以上吹填淤泥的排水固结仍然是个挑战；3）EKG材料的成本很高。这些新的挑战是下一步研究的重点。