边坡的电动加固与修复技术介绍.pdf

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1、边坡的电动加固与修复技术介绍JohnLamont—Black，AustinWeltman，TonyGee&Pa咖ers著杨正国译(中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031)摘要：工程土壤中边坡的崩塌是由多种因素造成，包括边坡几何、材料强度、水文和地下水、季节性气候变化以及植被和野生生物的影响。可以预料。气候变化引起的降雨方式改变将使问题更加严重。修复方法的选择依赖于现场条件、物流和成本，可包括征用额外的土地、减小坡度、安装额外的排水设施(如扶壁或水平排水渠)、布设土钉、及通过结构法提高稳定性。上述所有方法都有其局限性，且其中一些方

2、法成本非常高。另一种选择是采用电动技术，即采用导电的土工合成材料。本技术说明旨在介绍电动土工合成材料(EKG)的概念。并说明如何将该技术用于现场边坡加固和修复，以及该技术与其他方法相比，如何降低成本及碳足迹。关键词：边坡；电动加固：修复技术中图分类号：rrU472文献标识码：B文章编号：1672—40ll12011)02—0129一04l概述EKG技术是利用电渗原理，即在外加电压梯度下反应所产生的水流。在细颗粒土壤中，电渗可实现数鼍级比液压流高四级的流速。此外，EKG可用于控制物理性、化学性和电性的边界条件，实现孔隙压力降低、固结、地下水

3、位降低、以及土壤中的物理化学变化。尽管有这些潜在优势，电渗在历史上很少得到运用，主要原因有以下三点：①应用选择不当；②边界条件控制不力；③电极无效一电极无法适用于不同材料或不能控制焊剂。EKG材料的开发是为了通过处理这些限制因素，从而实现电渗的潜在优势。2电动土工合成材料在边坡的维护和修复当中，传统土工合成材料的排水过滤和加固功能都作为被动效应加以运用。EKG材料能同时发挥被动和主动作用：EKG排水渠主动吸水，而EKG加固物或土钉不但能实现加固，还能增强其周围土壤的抗剪强度，并改善土壤／加固物的粘合力。图l为富粘土土壤电动处理时，其断面的

4、主要主动过程。施加的一个电压梯度产生阳极至阴极的电渗流。通过阴极排水并阻止水进入阳极，实现孔隙水压力的大幅下降，压力下降最初从阳极开始，然后蔓延至周围土壤。这样一来．实际上增加了有效应力，因此使土壤固结。由于电化学变化。阳极周围的土壤变得具有胶结性，可通过对阳极结构和构成加以选择，并选择性使用处理液来促进或控制这些变化。由于土壤中存在0H一离子，阴极周围出现碱性洼：本文译自C姒lIldEn咖e丽IIg，ApIil20lO盐沉淀。胶结和沉淀效应将导致土壤塑性降低、凝结性增加。阳极和土壤之间的粘合强度显著增加，这样是有好处的，因为阳极可额外用

5、作具有适当防腐性的土钉。圈l富粘土土壤电动处理时其断面的主要主动过程3边坡的电动加固与修复可在细颗粒土壤中使用细颗粒土壤对由于坡度陡、土壤强度低和排水不良的综合原因而崩塌的边坡进行EKG边坡修复。处理过程分四个部分：①降低孔隙压力，随后对松软材料进行固结；②用具有电动粘合性的EKG土钉进行加固；③水平排水(主动EKG处理，长期进行)；④土壤中的物理化学变化3．1降低孔隙水压力并固结降低孔隙压力u是电渗处理的根本。可使用电渗和水力渗透率数据进行计算：一u=K／Kh·1。．v(1)式中，K，=电渗渗透系数(m2／8V)，Kh=水力渗透系数(n

6、∥s)，1。=单位水重，V=有效外加电压。这些参数的典型值将产生最大为350一400kPa左右的孔隙压力减压量。孔隙压力降低有两个效果：(1)立即增加有效应力。主动处理开始几小时之后，孔隙压力降低，首先从阳极周围开始，然后向外蔓延。这样一来，有效应力得以增加。对许多边坡材料而言，不排水抗剪强度和含水量之间有着直接联系，含水量的小幅降低将导致不排水抗剪强度的大幅提高(图2)。在加固铁路粘土路堑和开挖区域以及用强度非常低的材料修筑比较陡的结构物时，这一关系被用作基本设计标准。毯鹱京蝠W减少量含水量t圈2含水量的小幅降低导致不排水抗剪强度的大幅

7、提高(2)中期固结。在增加的有效应力下土壤的压实加固依赖于一系列特性，这些特性需要在实验室试验中视具体地点而定。对由于正常固结性质(例如冲积土)或由于改造或剪切破坏而变得松软的材料而言，其孔隙率在处理过程(6一10周)中有所降低，并朝向峰值强度条件发展，可通过实验室试验确定其程度。超固结材料一般具有先期固结压力，如(式1)预计，这一压力大于电渗过程中可取得的就地有效应力的增加程度。这些材料往往呈刚硬到坚硬状态，其孔隙压力吸力在主动电渗结束之后将慢慢消散。就这一点而论，由于柔软材料与刚度、强度更高的材料相比，前者在反应时能发生更大的变化，因

8、此EKG处理在本质上为有利的自我选择过程(见表1)。表lEKG处理各部分的长期改进效果汇总稳定性对固结材料的对正常固结松软EKG处理部分刚性的效果材料的效果固结一增加琉松材料的峰软弱或剪切地带