地板送风空调房间数学模型及其仿真研究

VIP免费

3.0 侯斌 2025-01-09 5 4 3.75MB 78 页 15积分

侵权投诉

摘要

电渗作为软土地基加固的方法已有很长历史，关于电渗的理论研究也相对完

善，但是电渗在工程中的应用依然受到一定限制，主要是由于电渗过程中电极腐

蚀及土体裂缝消耗过多电能，降低电渗效率。为克服电极腐蚀引起的电渗效率下

降，工程领域多采用新型土工合成材料作为电渗阳极、向阳极附近注入化学浆液

等方法。为削弱土体裂缝对电渗的影响，实际工程中多采用电渗与其他工法相结

合，联合作用虽能有效抑制裂缝开展，减小裂缝消耗电能，但此种方法只是通过

改变外部作用以削弱裂缝对电渗影响，并没有对裂缝的影响机理进行研究。

本文以研究裂缝产生机理及其影响因素为切入点，将裂缝几何参数、裂缝消

耗电势及电能作为统计变量，对比分析了不同边界条件与不同通电时间对统计变

量影响，得出裂缝产生的机理原因及对电渗起主导作用的裂缝分布位置。在此基

础之上提出三种裂缝处理方案：阳极加入活性炭夹层、阳极采用弹簧片模型、两

极加入活性炭夹层。对比三种方案在提高电渗排水量及排水速率、降低电渗能

耗、降低土体含水量及抑制电极腐蚀方面所表现的效果，得出相对最佳的处理方

案。

室内模型试验统计结果表明阳极加入活性炭夹层从削弱裂缝作用、抑制电极

腐蚀两方面为提高电渗效率提供保障，而弹簧片模型只能削弱裂缝对电渗的影响

，不能有效抑制电极腐蚀，两极加入活性炭夹层对电渗的促进作用最为显著。实

际工程中需要综合考虑各种因素，选取合适的裂缝处理方案。

关键词：电渗裂缝处理活性炭夹层弹簧片模型

ABSTRACT

As a method of soft reinforcing soft soil ground，electro-osmosis method has a

very long history to be used and the theoretical studies about electro-osmosis method is

also relatively enough. However there are two significant deficiencies which limits the

application of electro-osmosis method in engineering. On the one hand is about

electrode corrosion and on the other hand is about the soil cracks consume excessive

power. These two factors have reduced the efficiency of electro-osmosis. In order to

resolve the problem of electrode corrosion, engineering has developed some effective

methods to deal with it. Such as the use of electro-kinetic geosynthetics as the anode or

use chemical grout to inhibit anodic corrosion. To weaken the influence of soil cracks

on the electro-osmosis, the electro-osmotic combined with other method has been to

used in engineering, this can effectively suppress crack development and reduce power

consumption of crack, but this method play a weaken the influence of cracks on the

electro-osmosis role by changing the external action and no think about the influence

mechanism of crack. This paper studies the mechanism and the influencing factors of

crack as a starting point, study on the effect of different direction and location of

cracks on the electro-osmosis through the laboratory test. Secondly, comparative

analysis of influence of boundary conditions and the conduction time of the formation

of cracks. Finally, To find the best treatment plan for cracks which had significant

effect on the electroosmosis process.

This paper studies the mechanism of crack and its influencing factors as a starting

point. Making the crack geometry, crack consumpt voltage and potential energy as a

statistical variable, comparative analysis of different boundary conditions and different

energizing time on statistical variables, derived mechanism that causes cracks and to

play a leading role electroosmosis fracture distribute locations. On this basis, the

program proposes three kinds of crack treatment: anode adding activated carbon

sandwich、anode sheet model with spring poles、adding activated carbon sandwich.

Compare three scenarios in increasing displacement and drainage rate electro-osmosis,

electro-osmosis to reduce energy consumption, reduce soil moisture and suppress

electrode corrosion effects with regard to performance, derived the best treatment

options.

Indoor model test results show that the model which the anode in activated carbon

sandwich improves the efficiency of electroosmosis from two aspects:weakening the

fracture effect and inhibition of electrode corrosion. Leaf spring model can only

weaken the influence of electroosmosis,and could not effectively inhibit electrode

corrosion. Adding activated carbon sandwich model promoting the effect of

electroosmosis is most significant. In the practical engineering we need to

comprehensive consideration of various factors so that select to appropriate fracture

treatment scheme.

Key Words: electro-osmosis,cracks treatment,Activated carbon

sandwich,Leaf spring model

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 .................................................................................................................. 1

1.1 研究背景及意义 ............................................................................................... 1

1.2 电渗法在工程中的应用 ................................................................................... 2

1.3 电渗法研究现状 ............................................................................................... 3

1.3.1 改变通电方式 ........................................................................................... 4

1.3.2 改进电极材料 ........................................................................................... 5

1.3.3 与其他方法联合作用 ............................................................................... 7

1.4 本文研究内容及思路 ....................................................................................... 8

1.4.1 研究思路及主要内容 ............................................................................... 8

1.4.2 本文创新点 ............................................................................................... 9

1.4.3 技术路线 ................................................................................................... 9

第二章裂缝分布规律试验研究 .................................................................................. 11

2.1 引言 .................................................................................................................. 11

2.2 电渗模型试验装置 .......................................................................................... 11

2.2.1 试验土样 .................................................................................................. 11

2.2.2 电源 .......................................................................................................... 11

2.2.3 电极 ......................................................................................................... 12

2.2.4 电渗模型箱 ............................................................................................. 12

2.2.5 电渗测量系统 ......................................................................................... 13

2.3 电渗试验方案 ................................................................................................ 14

2.3.1 试验内容 ................................................................................................ 14

2.3.2 试验步骤 ................................................................................................ 14

2.3.3 试验分析 ................................................................................................ 15

2.4 土体裂缝发展规律研究 ................................................................................ 16

2.4.1 裂缝几何参数变化规律 ......................................................................... 16

2.4.2 边界条件对裂缝影响 ............................................................................. 19

2.4.3 通电时间对裂缝影响 ............................................................................. 21

2.5 裂缝对电渗影响 ............................................................................................ 22

2.5.1 横向裂缝消耗电势 ................................................................................. 23

2.5.2 横向裂缝消耗电能 ................................................................................. 25

2.6 工程应用指导 ................................................................................................. 26

2.7 本章小结 ......................................................................................................... 26

第三章裂缝处理理论研究 .......................................................................................... 28

3.1 引言 .................................................................................................................. 28

3.2 有效电场 .......................................................................................................... 28

3.3 电场力变化规律 .............................................................................................. 30

3.4 本章小结 .......................................................................................................... 35

第四章阳极裂缝处理研究 .......................................................................................... 36

4.1 引言 ................................................................................................................. 36

4.2 阳极裂缝处理试验 ......................................................................................... 36

4.2.1 试验装置 ................................................................................................. 36

4.2.2 试验步骤 ................................................................................................ 37

4.3 活性炭处理阳极裂缝试验效果 ..................................................................... 38

4.3.1 排水量与排水速率 ................................................................................. 38

4.3.2 阳极附近消耗电能 ................................................................................. 40

4.3.3 土体含水量变化 ..................................................................................... 42

4.3.4 电极腐蚀 ................................................................................................. 45

4.4 弹簧片电极处理阳极裂缝试验效果 ............................................................. 45

4.4.1 排水量与排水速率 ................................................................................. 45

4.4.2 电渗耗能 ................................................................................................. 48

4.4.3 土体含水量变化 ..................................................................................... 50

4.4.4 电极腐蚀 ................................................................................................. 52

4.5 工程应用指导 ................................................................................................. 53

4.6 本章小结 ......................................................................................................... 53

第五章两极裂缝处理试验研究 .................................................................................. 55

5.1 引言 ................................................................................................................. 55

5.2 试验模型 ......................................................................................................... 55

5.2.1 改进试验模型 ......................................................................................... 55

5.2.2 试验操作程序 ......................................................................................... 56

5.3 试验结果分析 ................................................................................................. 56

5.3.1 排水速率及排水量 ................................................................................. 56

5.3.2 电路中电阻分布特征 ............................................................................. 57

5.3.3 能耗系数 ................................................................................................. 60

5.3.4 电渗土体含水量变化 ............................................................................. 61

5.3.5 电极反应 ................................................................................................. 64

5.4 工程应用指导 ................................................................................................. 64

5.5 本章小结 ......................................................................................................... 64

第六章结论与展望 ...................................................................................................... 66

6.1 本文主要结论 ................................................................................................. 66

6.2 进一步工作的建议 ......................................................................................... 67

参考文献 ........................................................................................................................ 68

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ............................................ 73

致谢 ............................................................................................................................... 74

第一章绪论

1.1研究背景及意义

我国幅员辽阔，地理条件复杂，地质构造形式多样，大量的海相、湖相及河

相沉积软弱粘性土层广泛分布于我国的东南沿海和某些内陆地区—天津、大连、

温州、宁波等地分布广泛的海相沉积软土，广州、上海等地分布广泛的三角洲沉

积软土等[1]。这些区域的软粘土很难满足直接使用要求，要使其满足经济建设需

求，必须对其进行技术处理；另一方面，随着经济社会发展，城镇基础建设对土

地需求日渐迫切，为了缓解土地资源紧缺，增加可利用土地面积，吹填造陆被越

来越多的国家和地区所采用，如上世纪七十年代香港政府在荃湾、沙田、屯门三

地区实施的填海拖地工程、日本大阪港工程等[2]，人工吹填而成的各种工程地基

亦多为软粘土，高含水量、地抗剪强度及低渗透性，给工程应用带来极大困难。

软粘土上述不良特性，给工程实践带来了诸多困难，如：压缩性高使得地基

的沉降及沉降差过大；强度低导致地基承载力和稳定性较难满足要求；渗透性差

使得固结缓慢；沉降的持续时间长且较难稳定。因此在进行工程建设前必须对软

粘土地基进行适当的处理。处理软粘土地基时常采用排水固结法，包括堆载预压

法和真空预压法等常规的地基处理方法，但各自都存在一定的局限性：堆载预压

法需要大量的土石方、施工作业繁重，可能导致地基失稳；真空预压的排水固结

时间相对较长，沉降速率较难稳定，且真空度沿深度衰减。对深厚软土地基加固

效果不理想，处理深度有限[3]。

针对软粘土塑性指数大、孔隙比大、重度小、滲透性小、灵敏度高等特点[4]，

上述方法在处理软粘土很难在短时间内达到理想效果，而电渗加固土体排水速率

主要受电场影响，与土体自身渗透性相关性小，在软粘土地基处理中应用较多。

电渗原理主要与直流电场中离子会朝某一固定方向移动有关，实际工程中，

当在土体两端通以直流电时，土体中的阳离子会朝向阴极运动，阴离子朝向阳极

运动[5]，离子在移动过程中受到与其运动方向相反的摩擦力，摩擦力主要由水分

子与离子之间的摩擦产生，由牛顿第三定律知力的作用是相互的，在此摩擦力作

用下，水分子将产生与离子运动相反方向的运动。粘土颗粒一般呈负电性，在直

流电场中，阴离子游向阳极的同时，促使水分子移向阴极进而被排出。排水速率

与土体的水体渗透系数无关，而与电渗渗透系数有关[6]，因此在处理高含水量、

上海理工大学硕士学位论文

高压缩性、低渗透性土体时有良好的效果。尤其是近年我国不断增多的吹填造陆

工程和疏浚淤泥的处理，使得电渗重新受到岩土界的关注[7]。

上述特性使得电渗成为处理软粘土地基的优选方法，但是实际工程中电渗也

存在显著缺陷，阳极电极腐蚀及土体裂缝开展严重降低了电渗效率，增加了电渗

能耗，这也成为限制电渗在工程中广泛应用的主要原因。因此关于电渗的研究，

主要集中在如何改善电极腐蚀及土体裂缝开展，进而提高电渗效率。本文亦以此

为基本出发点，通过模型试验对抑制电极腐蚀及削弱裂缝影响进行了研究，以期

对提高电渗效率提供借鉴意义。

1.2 电渗法在工程中的应用

电渗是一种很有效的排水方法[8-9]，在工程中应用有很长的历史，上世纪三十

年代，Casagrand[10]用电渗排水处理德国某铁路挖方边坡工程，其后电渗法逐步在

工程中得到应用。主要用于软土地基加固、坝体稳定、提高桩的承载力等[11]。

1991年，电渗曾作为比萨斜塔地基加固的设计方案之一[12]。

电渗在国内外都有广泛的应用。1961年，Soderman、Milligan[13]在加拿大某

高速公路大桥的桩基施工中采用电渗法增加H型桩的承载力，经过34天电渗处理，

地基承载力增加两倍多；Milligan[14]在33年后对该工程进行了检测，证实电渗处

理是长期有效的，而且桩的承载力一直没有减小，沉降也没有增加；1967年在对

挪威的灵敏土地基进行加固中，Bjerrum等[15]应用了电渗，最终土体承载力提高

三倍多，地基沉降得到优先控制；Fetzer[16]对West Branc大坝进行了10个月的电渗

加固，施工结束后坝顶填筑至预定标高，期间孔隙水压及土体形变均表现正常。

新中国成立后，我国建筑工程领域得到长足发展，电渗法加固地基也得到了

更广泛的应用[17-19]，推动了电渗的理论研究。上世纪50年代末期，电渗加固土体

试验研究在我国逐渐兴起：曾国熙和高有潮[20]对原状黏土进行了大量的室内试验

研究并形成《电化学加固研究报告》；改革开放后国内对电渗应用和理论研究进

一步增多，杨建永和黄文熙[21]将电渗应用扩展到到矿山胶结充填料的脱水；王翠

英[22]在铁路路基的整治中运用了电渗。

电渗加固土体存在一定缺陷，如能耗过高、电极腐蚀严重等，为削弱裂缝开

展对电渗影响，工程中将电渗与其他加固方法的联合使用：在对某工程中碱渣土

进行处理过程中，房营光等[23]采用真空堆载预压与电渗联合的方法，有效降低了

土体含水量及氯离子含量，达到理想处理效果；为了满足吹填砂袋坝对排水渗透

系数的要求，程庆臣等[24]将吹填砂袋坝与电渗技术结合，用粗颗粒土体替代颗粒

文档加载中……请稍候！
如果长时间未打开，您也可以点击刷新试试。

下载文档到电脑，查找使用更方便

15 积分 4人已下载

立即下载 VIP免费下载

地板送风空调房间数学模型及其仿真研究.pdf

共78页,预览8页

还剩页未读，继续阅读

地板送风空调房间数学模型及其仿真研究

相关推荐

开通VIP享超值会员特权

作者详情

相关内容

推荐作者

热门标签

举报选择: