高程，顧佳杰，孫秀麗，劉文化

(江南大學(xué) 環(huán)境與土木工程學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122)

吹填土和河道淤泥等軟粘土孔隙比大、含水率高、抗剪強(qiáng)度極低[1]，因此，形成的地基土必須經(jīng)過(guò)加固處理才能滿(mǎn)足工程要求。電滲法是一種能使土體快速排水固結(jié)的方法，其排水速率與土顆粒的大小無(wú)關(guān)，適用于含細(xì)顆粒、低滲透性、高含水率的軟粘土地基處理[2]。

然而，電滲普遍存在電勢(shì)傳遞效率低、界面電阻增加導(dǎo)致電流減小等問(wèn)題。為了改善電滲處理效果，Gray等[3-4]提出了電化學(xué)處理的方法。Lefebvre等[5]、Zhang等[6]、Xue等[7]發(fā)現(xiàn)在陽(yáng)極處加入化學(xué)溶液可以減小電極處的功率損耗以及改善土壤與電極間的接觸，從而降低了界面電阻。學(xué)者們對(duì)化學(xué)注漿的研究主要集中在注漿位置[8-9]、漿液類(lèi)型和離子種類(lèi)[10-11]、注入濃度[12]以及雙液注漿時(shí)溶液配比等方面[13]，并取得了較好的效果。但對(duì)注漿時(shí)間的研究卻很少關(guān)注，注漿時(shí)間對(duì)電滲效果可能存在較大影響。

筆者從解決電滲過(guò)程中板土交界處裂隙(板土脫開(kāi))現(xiàn)象出發(fā)，通過(guò)注入氯化鈣和硅酸鈉產(chǎn)生的沉淀物質(zhì)來(lái)填充板土交界處裂隙，研究注漿時(shí)間對(duì)電滲過(guò)程的影響。注漿時(shí)間過(guò)早，漿液的膠結(jié)作用會(huì)降低土體的孔隙率，阻塞排水通道；而注漿時(shí)間過(guò)晚，裂縫開(kāi)展較大，顯然也得不到最佳的電滲固結(jié)效果。因此，最佳注漿時(shí)間的確定對(duì)電滲固結(jié)具有重要意義。通過(guò)漿液注入時(shí)間的對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)中電流、排水量、抗剪強(qiáng)度、能耗等數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)定分析，基于“沉淀或膠體”和“離子遷移”對(duì)電滲的綜合效應(yīng)確定最佳注漿時(shí)間范圍。

1 試驗(yàn)裝置和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用土為太湖淤泥，將淤泥混合均勻后自然風(fēng)干，磨細(xì)之后過(guò)2 mm篩，將過(guò)篩的土密封保存?zhèn)溆?。?jīng)測(cè)定，土樣的液限為49%，試驗(yàn)用土的含水率為55%，其基本物理性質(zhì)如表1所示。

表1 淤泥的物理性質(zhì)指標(biāo)Table 1 Physical properties of the sludge

1.2 一維電滲試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)采用有機(jī)玻璃制的電滲固結(jié)裝置。裝置主體由中間的土壤槽和側(cè)邊的集水槽組成，裝置容器壁厚5 mm，宏觀尺寸200 mm×100 mm×145 mm，其他參數(shù)見(jiàn)圖1?？紤]到機(jī)玻璃是一種具備良好透明性、力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性的易加工材料，整個(gè)水平一維電滲裝置均由有機(jī)玻璃材料制成。在有機(jī)玻璃容器內(nèi)部設(shè)有一塊多孔的固定隔板(固定方式為膠結(jié))，“多孔”的目的是讓電滲出的水順利地通過(guò)孔洞而流至儲(chǔ)水室，再通過(guò)儲(chǔ)水室壁面上的排水孔洞，最后流入量筒。

試驗(yàn)的陰極板為純鈦板，尺寸為100 mm×100 mm×1 mm，開(kāi)有小孔，具有良好的透水性，便于水的流出。陽(yáng)極板為鍍釕銥鈦板，具有極為優(yōu)越的導(dǎo)電性和耐腐蝕性，可承受陽(yáng)極劇烈的氧化反應(yīng)。在電極和透水隔板之間有一層濾紙，防止土顆粒的流失。電源采用直流穩(wěn)壓電源，輸出電壓為0～60 V，輸出電流為0～3 A。

1.3 試驗(yàn)方案

為研究不同注漿時(shí)間對(duì)電滲效果的影響，設(shè)計(jì)了6組試驗(yàn)。具體如表2所示：T1作為基準(zhǔn)試驗(yàn)，是為了找出在不注漿的情況下的板土交界處裂隙發(fā)展規(guī)律，確定板土交界處裂隙開(kāi)展最旺盛時(shí)間tcr。在T1組試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上確定T2～T6注漿時(shí)間。試驗(yàn)電源采用穩(wěn)壓輸出模式，輸出電壓為30 V，即電勢(shì)梯度為1.5 V/cm，試驗(yàn)環(huán)境溫度為25 ℃左右。

表2 試驗(yàn)工況Table 2 Test conditions

圖1 水平一維電滲裝置示意圖Fig.1 Horizontal one-dimensional electroosmosis device

1.4 試驗(yàn)步驟

1)在有機(jī)玻璃槽的內(nèi)壁均勻涂抹凡士林以減小土體和內(nèi)壁之間的摩擦。

2)將55%含水率的疏浚淤泥分3次倒入有機(jī)玻璃槽內(nèi)，每次振搗均勻以排出土體內(nèi)的氣泡。

3)放置電極板，同時(shí)在陰極電極板和開(kāi)孔隔板之間放置濾紙，連接電路，放置好集水量筒，安裝好攝像頭以進(jìn)行試驗(yàn)期間的觀察。

4)在指定時(shí)刻采用針管注射器進(jìn)行注漿。注漿方法為：將氯化鈣和硅酸鈉溶液分別裝在兩支注射器中(各25 mL，濃度20%)，沿著板土之間的裂隙先后緊序地將兩管溶液慢慢地一次性全部注入到裂縫中。

5)每隔1 min測(cè)定一次試驗(yàn)電流，每隔0.5 h讀取一次出水量，試驗(yàn)共進(jìn)行23 h。

6)試驗(yàn)結(jié)束后，立刻檢測(cè)土樣的含水率、抗剪強(qiáng)度等指標(biāo)，土體抗剪強(qiáng)度由微型十字板剪切儀測(cè)定。

2 板土交界處裂隙發(fā)展旺盛時(shí)間的確定

2.1 電流

T1試驗(yàn)的時(shí)間-電流變化如圖2所示，在試驗(yàn)開(kāi)始的初期階段，電流大致呈線性下降，大約在2 h左右，電流下降速率開(kāi)始變大，此時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間正好是陰陽(yáng)極電極板處的板土交界處裂隙開(kāi)始發(fā)育的時(shí)間。在2～7 h(圖2中箭頭區(qū)域)左右的這一段時(shí)間內(nèi)，是電滲排水發(fā)展迅速的時(shí)段，電流下降速率非常快，從210 mA降低到139 mA，共降低了71 mA，占電流總降低值的44%。造成電流迅速下降的主要原因是陰陽(yáng)極電極板與土體逐漸脫開(kāi)，造成電極板和土體之間的界面電阻[14]迅速增大，以及隨著水分子從土體中快速排出，土體電阻增大，試驗(yàn)電流下降速率迅速增大。7～15 h之間，隨著板土交界處裂隙發(fā)展速度慢慢降低直到發(fā)育穩(wěn)定，電流下降速率逐漸放緩，但是，隨著土中孔隙水的排出以及土體中一些細(xì)微裂縫的產(chǎn)生，土體電阻逐漸變大，電流值還是持續(xù)穩(wěn)步下降的趨勢(shì)。15 h之后隨著大部分水被排出以及土體裂縫的進(jìn)一步發(fā)展，試驗(yàn)進(jìn)入了中后期階段，電流值降到低值且變化比較平緩直至試驗(yàn)結(jié)束。

圖2 T1時(shí)間-電流變化曲線圖Fig.2 T1 Time-current curve

2.2 排水量

如圖3所示，排水量的變化和電流變化之間有著很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。從試驗(yàn)開(kāi)始到板土交界處裂隙發(fā)展速率最快的6 h內(nèi)，是電滲排水的快速發(fā)展階段，此時(shí)，排水速率保持在較高值，試驗(yàn)0～6 h內(nèi)排出了107.7 mL的水，占整個(gè)試驗(yàn)總排水體積的60.5%。而隨著這個(gè)時(shí)段內(nèi)電滲固結(jié)速率的快速發(fā)展，也造成了土體收縮進(jìn)而產(chǎn)生了板土交界處裂隙，同時(shí)水分子從土中的大量遷出也使得土體電阻值進(jìn)一步升高，導(dǎo)致電流值的快速下降。6 h后，電滲速率慢慢放緩，電流和排水量的變化速率也隨之放緩。到23 h，試驗(yàn)土體雖然還有電流，但是此時(shí)的排水速率近乎為0，繼續(xù)通電只會(huì)浪費(fèi)能耗，可以認(rèn)定此時(shí)試驗(yàn)可以終止。

圖3 T1時(shí)間-排水量變化曲線圖Fig.3 T1 Time - displacement curve

2.3 板土交界處裂隙寬度隨時(shí)間的改變

通過(guò)攝像頭連續(xù)記錄試驗(yàn)過(guò)程，依據(jù)電流及排水量的變化規(guī)律，截取了幾個(gè)關(guān)鍵時(shí)段的土體樣貌圖，如圖4所示。圖5為通過(guò)攝像頭每0.5 h拍攝采集的整個(gè)電滲過(guò)程的板土交界處裂隙寬度隨時(shí)間的變化曲線圖。在0 h時(shí)段，由于土樣是處于液限以上的高含水量可流動(dòng)狀態(tài)，因此，陰陽(yáng)極電極板在土體側(cè)向壓力的狀態(tài)下，緊緊地貼著電極板。試驗(yàn)開(kāi)始后，由于土體中負(fù)孔隙水壓力的快速發(fā)展，有效應(yīng)力的增大，使得土體顆粒之間相互擠密，土體水平方向發(fā)生了明顯的體縮現(xiàn)象[15]。由于負(fù)孔隙水壓力是一種吸力，當(dāng)這種吸力大于土體和陰陽(yáng)極電極板之間的粘合力的時(shí)候，就會(huì)表現(xiàn)出土體表面和電極板脫開(kāi)的現(xiàn)象。由于土體在高度方向上還有自重沉降，越是靠下的部分自重應(yīng)力越大，所以，只有表面以及上部的土體與電極板脫開(kāi)，下部土體還是與電極板相粘合接觸的。在2 h左右，陰陽(yáng)極電極板開(kāi)始出現(xiàn)與土體脫開(kāi)的現(xiàn)象；隨著電滲的進(jìn)一步發(fā)展，4 h時(shí)板土交界處裂隙寬度增大；通過(guò)多組試驗(yàn)觀察，在6 h時(shí)左右板土交界處裂隙的發(fā)展速率達(dá)到最大值，此時(shí)對(duì)應(yīng)的電流的下降速率也開(kāi)始慢慢變緩。6 h之后的電滲速率開(kāi)始逐漸降低，排水量速率開(kāi)始減慢，板土交界處裂隙的變化速率開(kāi)始降低直到15 h之后基本穩(wěn)定不變。在試驗(yàn)條件下，6 h

圖4 T1板土交界處裂隙變化實(shí)物圖Fig.4 Physical map of fissure change at T1 plate soil interface

圖5 T1板土交界處裂隙寬度-時(shí)間變化曲線圖Fig.5 Fracture width-time curve of T1 plate soil interface

左右是一個(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，0～6 h為電滲排水的高峰期，6 h之后電滲速率開(kāi)始放緩。在20 h時(shí)可以看到，雖然板土交界處裂隙有所增大，但是相比6 h時(shí)而言并未增長(zhǎng)多少，而且其增長(zhǎng)速率在后期慢慢減小直到為0。同時(shí)，整個(gè)土段的樣貌比較完整，除了在12 h后產(chǎn)生幾條細(xì)微的裂縫之外，整個(gè)土體并沒(méi)有明顯的寬裂縫的產(chǎn)生。主要是因?yàn)?，土體中裂縫的產(chǎn)生的主要原因是電滲時(shí)土體中負(fù)孔隙水壓力快速發(fā)展，當(dāng)土體中某一點(diǎn)的負(fù)孔隙水壓力的值大于土體的抗拉強(qiáng)度時(shí)，這一點(diǎn)的土?xí)焕_(kāi)，從而產(chǎn)生了裂縫[16]。在試驗(yàn)條件下，由于排水量比較少，負(fù)孔隙水壓力發(fā)展沒(méi)有達(dá)到大于土體抗拉強(qiáng)度的程度，所以，整個(gè)土段沒(méi)有明顯的寬裂縫，直到試驗(yàn)后期才有細(xì)微土體裂縫慢慢產(chǎn)生。在本試驗(yàn)條件下，板土交界處裂隙是導(dǎo)致電滲進(jìn)程變慢的主要原因，并且板土交界處裂隙的發(fā)展時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于土體中裂縫的發(fā)展時(shí)間。通過(guò)分析電流、排水量及板土交界處裂縫開(kāi)展規(guī)律，確定試驗(yàn)條件下的板土交界處裂隙發(fā)育旺盛時(shí)間tcr為6 h，以板土交界處裂隙發(fā)育旺盛時(shí)間作為確定化學(xué)注漿時(shí)間的表征指標(biāo)，以期達(dá)到最優(yōu)的修復(fù)板土交界處裂縫，提高電滲效果的目的。

3 化學(xué)注漿時(shí)間對(duì)一維電滲的影響

由基準(zhǔn)試驗(yàn)可知，為達(dá)到最優(yōu)的彌合板土交界處裂縫的效果，化學(xué)注漿應(yīng)在tcr之前進(jìn)行。因此，進(jìn)行了4個(gè)注漿時(shí)間點(diǎn)的對(duì)比試驗(yàn)：0、1/3tcr、2/3tcr和tcr，分析不同時(shí)間點(diǎn)注漿對(duì)電流、排水量、土體含水量、抗剪強(qiáng)度、土體體縮及能耗的影響規(guī)律。

3.1 化學(xué)注漿時(shí)間對(duì)電流的影響

T2～T6時(shí)間-電流變化曲線如圖6所示。由于相同的初始條件，T2～T6的5組試驗(yàn)的初始電流值均在215 mA左右，注漿導(dǎo)致電流發(fā)生了突變，化學(xué)注漿之后的峰值電流均在870～910 mA的范圍內(nèi)。除了T2和T6，其他組的電流在注漿后均呈現(xiàn)慢慢降低的趨勢(shì)。T2在注漿2 h后發(fā)生了電流增大，原因是在陽(yáng)極和陰極注入NaCl溶液之后，溶液向土中擴(kuò)散，Na+和Cl-離子分別向陰極和陽(yáng)極遷移，在土體孔隙中形成了貫通的通道，離子在土體中開(kāi)始慢慢擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，使得土體中的離子濃度變大，使得電流有所回升，而后隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，土體含水率減少，土體電阻增大，電流自然又慢慢降低。T6在15 h時(shí)電流變化速率增大也很有可能是這個(gè)原因(也有可能是試驗(yàn)的偶然性導(dǎo)致)。此外，從圖6可知，各組試驗(yàn)在注漿完成之后的前期(注漿后的4～5 h內(nèi))的電流下降速率情況：T6>T5≈T4>T3≈T2，即較晚注漿的組別電流下降的速率較快，因?yàn)檩^晚注漿的組別在注漿之前電極板和土體之間的裂隙已經(jīng)十分明顯，雖然注漿生成的沉淀可以彌補(bǔ)電極板和土體之間的裂隙，但是由于裂隙過(guò)大并且只要在隨后的時(shí)間內(nèi)再次重新開(kāi)裂，電流就會(huì)急劇下降；而較早注漿的組別由于電極板和土體本身之間的連接就比較緊密，此時(shí)注漿產(chǎn)生的沉淀會(huì)進(jìn)一步鞏固板土之間的連接，所以電流下降的速率會(huì)相對(duì)緩慢一些。

圖6 T2～T6時(shí)間-電流變化曲線Fig.6 Time-Current Curves under T2～T6

3.2 化學(xué)注漿時(shí)間對(duì)排水量的影響

由圖7可知，基準(zhǔn)試驗(yàn)T1的排水量遠(yuǎn)小于T2～T6試驗(yàn)，主要是因?yàn)門(mén)1中的導(dǎo)電離子數(shù)量最少，且出現(xiàn)板土交界處裂隙，增大了界面電阻，導(dǎo)致試驗(yàn)中電流降低，從而排出的水最少，這也可以證明化學(xué)注漿對(duì)電滲固結(jié)排水有明顯的提高作用，各組試驗(yàn)的排水速率在注漿后均有明顯的上升。

圖7 T1～T6時(shí)間-排水量變化曲線Fig.7 Time-Displacement Curve under T1～T6

從圖7中注漿時(shí)刻的曲線斜率來(lái)看，T2的排水速率在注入NaCl溶液后的2 h內(nèi)保持領(lǐng)先，之后，由于開(kāi)始出現(xiàn)板土交界處裂隙，其排水速率第一次降低，在大約10 h之后，由于土體中裂隙的發(fā)展(見(jiàn)表3)，其排水速率有第2次下降。T3～T6在注漿后的排水速率大小基本相等，主要是因?yàn)殡姖B注漿后試驗(yàn)電流相對(duì)于未注漿時(shí)提高巨大，注漿后相當(dāng)于一次全新的電滲試驗(yàn)的開(kāi)始。并且在未注漿之前，T3～T6試驗(yàn)組排水量雖然有差別，但是由于此時(shí)試驗(yàn)電流不大，所以排水量差別不是很大，導(dǎo)致各個(gè)試驗(yàn)組的土體性質(zhì)相差不大，所以，在注漿之后的排水速率大小基本相等。此外，注漿之后T3～T5的排水量變化均較為緩和，沒(méi)有出現(xiàn)任何突變現(xiàn)象，只有T6的排水速率在大約13 h時(shí)有較為明顯的減小，這是由于此時(shí)出現(xiàn)的土體裂縫在之后的時(shí)間里過(guò)于迅速的發(fā)展而導(dǎo)致的(見(jiàn)表3)。

表3 T2～T6土體狀態(tài)Table 3 Soil State of T2～T6

T1～T6的最終排水量情況如表4所示，各組排水量大小為T(mén)5>T4>T3>T6>T2>T1，由此可以看出：T2作為對(duì)照試驗(yàn)，其排水量要遠(yuǎn)小于其他雙液注漿的4組，因此可以證明，CaSiO3沉淀的生成確實(shí)有利于促進(jìn)電滲進(jìn)程，其具體作用主要表現(xiàn)在彌補(bǔ)板土脫開(kāi)的過(guò)程中。并且Ca2+離子的離子交換能力很強(qiáng)，可以置換出土壤顆粒表面的低價(jià)陽(yáng)離子，使得土壤雙電層的水膜厚度減小[17]，水化離子的半徑減小,促進(jìn)水分的排出。土壤中除了生成沉淀的Ca2+外，還有一些游離的Ca2+，對(duì)電滲排水也會(huì)有促進(jìn)作用。T5取得了本次試驗(yàn)中的最大排水量，即當(dāng)注漿時(shí)間約為板土交界處裂隙發(fā)展旺盛時(shí)間的2/3時(shí)刻時(shí)，電滲排水效率最高。

表4 T1～T6最終排水量Table 4 Final displacement of T1～T6

3.3 化學(xué)注漿時(shí)間對(duì)含水量和抗剪強(qiáng)度的影響

在刮去土體表面的沉淀物質(zhì)與其他雜質(zhì)后進(jìn)行局部取樣，取樣位置為距陰極3、7、10、18(靠向陰極)、18(靠向陽(yáng)極)、20 cm處的位置，取樣完成后進(jìn)行樣品含水量和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定。

圖8 T1～T6位置-含水量變化情況Fig.8 Water content of different Location for T1～T6

根據(jù)圖8可得出各組試驗(yàn)的含水量情況：T2注入的是純NaCl溶液，距陰極越遠(yuǎn)，樣品的含水量越低，與不注漿的單純電滲試驗(yàn)的土體含水量規(guī)律類(lèi)似。T3由于含水量突變現(xiàn)象的存在，在靠近陽(yáng)極的區(qū)域過(guò)早產(chǎn)生的沉淀和硅膠顆粒阻塞了電滲排水通道，使得最低含水量的位置出現(xiàn)在了土體的中部。T4在距陰極18 cm位置處也存在較為明顯的含水量突變現(xiàn)象，但與T3不同的是，其含水量突變處成為了最低含水量的位置，而最高含水量區(qū)域則在土體中部，這表明在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，大部分水分子已從陽(yáng)極滲透至土體中部并停留在土體中部附近。與T3、T4相比之下，T5和T6的含水量突變現(xiàn)象并不明顯，其中T5的含水量規(guī)律更接近于T2，大部分水分子在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)已排至陰極；而T6由于是在板土交界處裂隙旺盛時(shí)刻注入化學(xué)溶液，隨著電滲的繼續(xù)進(jìn)行，在電壓梯度的驅(qū)使作用下，陽(yáng)極處新加入的溶液被運(yùn)移到陰極，因此，陽(yáng)極成為了含水量最低的位置，此外T6最高含水量所處位置的情況則與T4相似，都是在中部附近。

圖9為各組試驗(yàn)不同位置處的抗剪強(qiáng)度。在試驗(yàn)結(jié)束后立刻測(cè)量各組不同位置的土體抗剪強(qiáng)度，因此，不考慮CaSiO3沉淀的齡期對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響。基準(zhǔn)試驗(yàn)T1的平均抗剪強(qiáng)度為12.75 kPa，是所有試驗(yàn)組中最低的，由此可見(jiàn)，化學(xué)注漿有助于提高土體的抗剪強(qiáng)度。但是，由于試驗(yàn)中化學(xué)物質(zhì)的加入和化學(xué)反應(yīng)的生成，土體性質(zhì)發(fā)生了改變，因此，土體含水率和土體抗剪強(qiáng)度之間不存在絕對(duì)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。由圖9可知，除T3以外，其他組別的最大抗剪強(qiáng)度位置均位于陽(yáng)極附近，主要原因是硅酸鈣沉淀的附著、水化硅酸鈣膠體的粘附以及少量硅膠顆粒的填塞大大提高了陽(yáng)極區(qū)域的抗剪強(qiáng)度。而T3由于陽(yáng)極處發(fā)生了含水率的突變，導(dǎo)致高含水量區(qū)的存在，在刮去表面的硅酸鈣沉淀后，樣品的抗剪強(qiáng)度很低，其最大抗剪強(qiáng)度的位置存在于土體中部。各組試驗(yàn)的陰極區(qū)由于靠近排水口，有大量孔隙水的堆積，即使有CaSiO3沉淀的生成也彌補(bǔ)不了高含水率對(duì)抗剪強(qiáng)度的削弱作用，造成了各組在陰極處的抗剪強(qiáng)度值都比較低且相差不大。T5試驗(yàn)組的平均抗剪強(qiáng)度值最大，為19.8 kPa，比基準(zhǔn)試驗(yàn)T1高出55%，說(shuō)明在2/3tcr時(shí)注漿可以對(duì)土體抗剪強(qiáng)度提高起到最好的效果。

圖9 T1～T6位置-抗剪強(qiáng)度變化情況Fig.9 Shear strength of different Location for T1～T6

3.4 化學(xué)注漿時(shí)間對(duì)土體裂縫與體縮的影響

圖10為T(mén)2～T6的裂縫實(shí)物圖，最顯而易見(jiàn)的是T2與T3～T6的土體樣貌區(qū)別：T2的板土脫開(kāi)現(xiàn)象較為明顯，且其在陽(yáng)極板和陰極板位置處有很多不規(guī)則裂紋，相比之下，T3～T6由于沉淀的彌補(bǔ)作用，板土交界處裂隙較為規(guī)整。

圖10 T2～T6土體裂縫實(shí)物圖Fig.10 T2～T6 Soil crack physical map

根據(jù)表3中關(guān)于水平體縮量的結(jié)果可知：T2由于不存在板土交界處裂隙的彌補(bǔ)，陰陽(yáng)極電極板和土體之間的收縮十分厲害，因此，水平體縮量較大；T3、T5和T6雖然存在板土交界處裂隙的彌補(bǔ)，但注漿后生成的膠體牢牢吸附著土粒，一旦土體和電極板之間脫開(kāi)，收縮也比較大，因此，水平體縮量也較大；而T4由于土體中的多條寬裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展減小了土體沿水平方向的體縮，其最終水平體縮量較小。

根據(jù)表3中關(guān)于板土交界處裂隙的情況可知：由于T6是所有組別中最晚注漿的，因此，其在注漿時(shí)刻的板土交界處裂隙寬度是所有組別中最大的，其陽(yáng)極裂隙和陰極裂隙的寬度均已達(dá)至4 mm，而此時(shí)此刻的土體尚未出現(xiàn)其他裂縫，卻又經(jīng)過(guò)注漿溶液與沉淀的鞏固，從而更進(jìn)一步地延遲了土體裂縫的出現(xiàn)時(shí)間。另一方面，T6實(shí)施注漿的時(shí)間tcr相對(duì)于其他注漿組別來(lái)說(shuō)晚一些，所以此時(shí)T6組別的電滲排水強(qiáng)度會(huì)低一些，此時(shí)注漿溶液與沉淀作用的發(fā)揮尚需一段時(shí)間的緩沖，因此，與T3～T5相比，其在注漿后的前期排水速率未能達(dá)到T3～T5的高度，也正是因?yàn)槿绱?，其土體裂縫的出現(xiàn)時(shí)間相比于其他組來(lái)說(shuō)會(huì)推遲，從中可以得到結(jié)論：雖然土體裂縫的出現(xiàn)存在極大的隨機(jī)性，但總體而言，在本試驗(yàn)條件下相比其他注漿時(shí)間，在板土交界處裂隙旺盛時(shí)間tcr時(shí)刻實(shí)施注漿可以起到延緩?fù)馏w裂縫出現(xiàn)的最佳作用。

3.5 能耗

根據(jù)圖11和表5反映的能耗情況，可以得知：T2的總能耗最大，主要是因?yàn)闆](méi)有沉淀和膠體的彌補(bǔ)，土體電滲的速率較慢，電流變化比較緩慢，在后期一直保持較高的電流值，從而大幅度地增大了能耗。在雙液注漿的4組工況中，T3的總能耗略大，剩下3組的總能耗很接近。但是由于各組的排水量不同，不能由總能耗來(lái)評(píng)判各組的耗能情況。從平均單位排水能耗來(lái)看：T5

圖11 T2～T6時(shí)間-累計(jì)能耗變化曲線Fig.11 Time-Energy Consumption Curve under T2～T6

表5 T2～T6能耗情況Table 5 Energy consumption of T2～T6

4 結(jié)論

通過(guò)基準(zhǔn)試驗(yàn)及化學(xué)注漿對(duì)比試驗(yàn)，在試驗(yàn)的特定條件下(電壓梯度為1.5 V/cm，所用土壤為初始含水率55%的太湖淤泥)，研究了板土交界處裂隙開(kāi)展規(guī)律及注漿時(shí)間對(duì)電滲固結(jié)的影響，得出以下結(jié)論：

1)板土交界處裂隙總是優(yōu)先于土體裂縫產(chǎn)生，且板土交界處裂隙的出現(xiàn)大大降低了電滲固結(jié)的效率。

2)采用氯化鈣和硅酸鈉溶液進(jìn)行雙液注漿產(chǎn)生的沉淀對(duì)電極和土體之間裂隙的彌補(bǔ)作用巨大，增加了高效率電滲的時(shí)間并且對(duì)土體強(qiáng)度的提高也很有幫助。

3)為防止在土體中出現(xiàn)明顯的含水量突變現(xiàn)象，應(yīng)盡可能避免在1/3tcr時(shí)刻前注漿。

4)能夠?qū)崿F(xiàn)最佳電滲效益的化學(xué)注漿時(shí)間約為板土交界處裂隙旺盛時(shí)間的2/3時(shí)刻，主要體現(xiàn)在排水量大、單位能耗較低和土樣平均抗剪強(qiáng)度相對(duì)較高的優(yōu)點(diǎn)上。

5)雖然板土交界處裂隙旺盛時(shí)間tcr不是最佳注漿時(shí)刻點(diǎn)，但是在tcr時(shí)刻實(shí)施注漿可以起到延緩?fù)馏w裂縫出現(xiàn)的最佳作用。