电渗力

电渗加固机理要从土的微观结构说起。土是固—液—气三相分散系。土的固相即土颗粒，其表面通常带有负电荷，在外加电场作用下，向电势高处运动，此现象称为电泳；土的液相即土中水，它极易和被溶解的物质如水中的阳离子结合成水化阳离子，在外加电场作用下，向电势低处运动，此现象称为电渗。土中水分为结合水和自由水。自由水是指在双电层影响以外的水，排水固结法排出的的水是自由水。结合水是受双电层影响， 吸附于土粒表面的水，可分为强结合水和弱结合水。强结合水很难排出， 但其性质已接近固体，因此不对土体加固产生影响；弱结合水因为受土粒静电场的影响，一般的排水固结法很难将其排出，但在外加直流电场的作用下，部分弱结合水可以摆脱静电场的束缚被排出，这是电渗力的优势所在，即电渗不仅可以排出自由水，还可以排出弱结合水。

针对现今电渗力所存在的若干问题，许多学者进行了相关的研究。主要分为两个方面：一是改变电渗条件，二是加入其它物质。

电渗力改变电渗条件

针对传统电渗固结理论与实际工程相差较大的问题， 2010 年胡黎明根据相关理论综合考虑了位移场、渗流场和电场的多场耦合作用下建立了电渗固结过程多场耦合控制方程，开发了有限元软件，并与理论结果进行对比分析，试验结果比较吻合。电渗加固过程中，前期加固效果显著，随着土体中水的排出，土体电阻增大，电渗加固效果越来越小，为解决这个问题，2014 年刘飞禹采用阳极跟进的技术进行电渗试验，发现阳极跟进办法能够降低阳极区的电阻，提高了电渗加固效果，且第 1 次阳极跟进作用效果最明显。阳极跟进技术能够在一定程度上提高电渗加固效果，但对实际工程的环境条件要求较高，不易操作，如何才能应用于实际工程，还要继续探索。大连理工大学的万勇等人以海相淤泥为试验对象，研究电势梯度对电渗效果的影响，发现高电势梯度电渗加固效果较好，但电渗耗能增加，电极腐蚀严重。刘飞禹等人则采用逐级增加电压的方式进行电渗试验，试验表明合理的逐级增加电压能够降低电能消耗，提高电渗排水效率。

电渗力加入其它物质

电渗后期土体开裂，电阻增大，导致电渗耗能增加，增大了工程成本。宋忠强和闫雪梅等人 对电渗过程中形成的裂缝采用活性炭进行处理，提高了土体的排水量，减轻了电极的腐蚀程度，这也为提高电渗效率提供了一种新的思路。李聪等人将纳米蒙脱土拌入土体中进行电渗试验， 结果发现纳米蒙脱土可以提高土体抗剪强度， 但不利于土中水的排出，可能是由于蒙脱土遇水膨胀，堵塞了土中的排水孔道。拌入纳米蒙脱土的方式难以应用于实际工程，其可行性需要进一步的研究。另一方面，电场驱动纳米材料修复混凝土的报道对岩土工程很有启发意义，由于土体和混凝土一样都是多相多孔介质，如果往土体中注入带电的纳米材料，应该可以降低土体电阻，增大电流，加快土中水的排出速率。 2100433B

电渗力是一种利用电能对地基进行加固的地基处理方法，电渗力的历史可以追溯至 1809 俄国学者 Reuss 的研究工作，后来各国学者在其加固机理与应用方面开展了大量的研究工作。电渗力具有加固速度快，对细颗粒、低渗透性土有良好的加固效果等优点。由于电渗力需要消耗大量的电能，因此，在很长一段时间内，对电渗力的研究是以室内实验研究为主，而现场应用却不多见。随着我国港口建设的飞速发展，利用港池和航道疏浚土吹填造陆工程如雨后春笋般地不断涌现。疏浚土往往具有细颗粒、高塑性、低渗透等特性，采用常规排水固结法加固这种地基时，初期效果比较显著，但后期加固效果明显下降，表现为后期沉降缓慢，加固后的强度值较小，加固效果并非十分理想。电渗加固效果对土颗粒大小并不敏感，而且随着经济的发展和技术水平的提高，电渗力很可能成为此类土的一种高效且造价可以承受的地基加固方法。

电渗力土体种类

由电渗加固机理可知，电渗水流速度主要由电渗系数决定，与土体颗粒大小无关，而电渗透系数受到土体矿物种类、土体中离子的含量、土体含水量及土体固液交界面的动电电位等因素的影响。不同种类的土体电渗系数也不同。

电渗力电压梯度

1996 年shang和 Dunlap研究发现，电流是电渗排水固结的驱动力，单位土体界面上电流的大小直接决定了电渗加固效果的好坏。2011 年国内焦丹和龚晓楠等人在不同初始条件及通电条件下进行电渗试验发现：高电压下土体排水量大于低电压，用时也比低电压短;增大电压可以提高电渗加固效果，电压增高也会导致能耗增大、电极腐蚀严重等问题。如何合理地提高电压，李瑛等在综合考虑电渗耗能、电极腐蚀等因素，得出最佳的电势梯度为1.25 V/cm。

电渗力电极腐蚀

随着电渗固结的进行，电极的腐蚀程度逐渐加重，造成电极材料腐蚀剥落，降低了电极与土体的接触面积；再者，腐蚀生成了新的物质附着在电极表面，形成了新的电阻层，不利于土体的电渗排水固结。除此之外，电渗加固效果还与通电方式(如间歇通电、电极反转等)、电极材料(如铜、铁 EKG等)、电极布置形式(如梅花形、平行错位、1根阴极多根阳极等)及是否与其他工法结合等因素有关。

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。 2100433B

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。

电渗析是膜分离技术的一种，它是在外加直流电场作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性(即阳膜只允许阳离子透过，阴膜只允许阴离子透过)，使水中阴、阳离子作定向迁移，从而达到离子从水中分离的一种物理化学过程。用电渗析法能够把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的淡化、浓缩、精制或纯化的目的。

电渗析技术主要包括:倒极电渗析(EDR)、液膜电渗析(EDLM)、填充床电渗析(EDI)、双极性膜电渗析(EDMB)、无极水电渗析和高温电渗析等。

电渗析技术的优点是:能量消耗低;药剂耗量少，环境污染小;对原水含盐量变化适应性强;操作简单，易于实现机械化、自动化;设备紧凑耐用，预处理简单;水的利用率高。电渗析也有它自身的缺点:在运行过程中易发生浓差化极而产生结垢;与反渗透相比，脱盐率较低。

毛细电渗析以集成电 路为基础的毛细电渗析，通过添加少量溶解聚合物，可明显提高肽缩氨酸和氨基 酸的溶解与分离。毛细电渗析已成为一种应用广泛的分离大范围多种类无机或有 机化合物的方法。因为它的高分离效率，它可以与传统的色谱分离方法相媲美。