软土电渗固结机理与模型

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51579132
项目类别：
面上项目
资助金额：
70.0万
负责人：
胡黎明
依托单位：
清华大学
学科分类：
E0905.水工岩土工程
结题年份：
2019
批准年份：
2015
项目状态：
已结题
起止时间：
2016-01-01 至2019-12-31

项目参与者：
MEEGODA Jay N；殷昆亭；郑瑞华；吴辉；张鹏伟；夏志然；潘书磊；聂艳侠；
关键词：
电渗固结土工离心模型试验现场试验理论模型土体微观结构

项目摘要

Electro-osmotic consolidation has great potential in soft ground treatment. Advanced micro measurement technique will be used to investigate the change of mineral constituent and micro-fabric, as well as the migration behavior of free ions and pore water in clays during electro-osmosis. The micro-mechanics model will be developed based on double electric layer theory and pore network model, and be used to study the micro-mechanism of electro-osmosis. Physical modeling system will be developed for 1 g and centrifuge tests on soft ground treatment by means of coupling technique of electro-osmosis and vacuum preloading. Tempo-special variation of electrical filed, displacements, and pore water pressure will be monitored, and electrical, osmotic and mechanical parameters of soils are further analyzed. The intrinsic relationship between micro-mechanism and macro-behavior are explored for electro-osmotic consolidation. The non-linear theoretical model and numerical software for multi-field coupling will be further developed to simulate the soft ground consolidation process. Field tests of soft ground treatment by electro-osmosis and vacuum preloading will be conducted to investigate its effectiveness and to ameliorate the operation procedure. Based on the data from theory, physical and numerical modeling, and field monitoring, the reasonable design methodology and operation procedure will be proposed. Bridging theoretical research and engineering practice, this study is of academic significance and practical importance.

电渗固结在处理软土地基方面具有巨大潜力。本课题拟采用现代微观测试手段，分析电渗过程中粘土矿物组分和微观结构变化、离子与水分迁移规律，建立基于双电层理论和孔隙网络模型的微观力学理论模型，从微观层面分析电渗机理；研制物理模型试验系统，开展电渗固结与真空预压联合作用的常规物理模型试验和离心模型试验，监测电场、位移场和孔隙水压力场的时空分布特征，分析土体电学、渗流、力学等材料参数的变化规律，探讨微观机理与宏观物理过程的内在联系；基于电渗固结微观机理分析，完善非线性多场耦合理论模型，开发数值分析软件，模拟软基电渗固结过程的多场耦合特征；开展软基固结处理的现场试验，深入了解电渗固结的处理效果，改进操作方法与流程。基于理论、试验和数值模拟成果以及现场实测资料开展综合分析研究，提出软基电渗固结处理技术的设计方法和操作规程。本项目研究理论联系实践，具有重要的学术意义和工程实用价值。

结项摘要

电渗固结是具有巨大应用潜力的软土地基加固技术。本课题围绕软土地基电渗固结的相关工程科学问题开展三个层面的研究工作：1. 电渗固结机理层面，本课题采用现代微观分析测试手段，针对特定粘土矿物，分析电渗过程中矿物组分和微观结构变化、离子与水分迁移规律，从微观层面分析电渗机理，了解土体电学、渗流、力学等材料特性的发展演化规律；2. 理论模型层面，本课题基于电渗微观机理完善非线性多场耦合电渗固结理论模型，开发数值分析软件，发展电渗固结设计理论；3. 工程应用层面，开发电渗固结-真空预压联合加固和电化学加固技术，研制物理模型试验装置，系统开展物理模型试验，实时监测电场、位移场和孔隙水压力场的时空分布特征，研究成果可用于软土地基加固的优化方案设计。本课题取得如下研究成果：发表SCI论文11篇，授权国家发明专利1项；获得计算机软件著作权登记2项；培养博士研究生4名，硕士研究生6名；开展国际学术交流与科研合作活动10余次。项目工作圆满完成，达到预期研究目标。.本课题研究成果能够推动电渗固结技术在岩土工程中的实践应用，具有潜在的经济和社会效益。