中圖分類號(hào)： TU472.5 最近更新：2024-11-22 DOI： 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.080

摘要

在電化學(xué)法加固中，注漿試劑種類一直是主要研究課題之一。化學(xué)試劑的注入對(duì)土體電動(dòng)特性存在一定影響，主要影響因素為注漿溶液的陽離子種類、離子濃度、離子價(jià)位、離子半徑等，土體的電動(dòng)特性改變對(duì)電滲加固效果的影響不可忽視。因此，為研究注漿試劑中的陽離子半徑對(duì)電化學(xué)法加固軟土地基效果的影響，以同價(jià)位不同半徑的二價(jià)金屬離子Ca2+、Mg2+、Cu2+為研究對(duì)象，進(jìn)行電滲固結(jié)試驗(yàn)研究。對(duì)試驗(yàn)過程中的電流、排水量、電滲透系數(shù)變化及試驗(yàn)后的含水率與抗剪強(qiáng)度分布進(jìn)行分析，并結(jié)合掃描電鏡（SEM），深入探究陽離子半徑對(duì)電化學(xué)加固效果的影響。結(jié)果表明：在電化學(xué)法中，提高注入試劑中陽離子的離子半徑，電滲過程中的電流、排水量、排水速率、電滲透系數(shù)及處理后的土體抗剪強(qiáng)度均有明顯提升，其中，鈣離子的離子半徑最大，加固效果最好，試驗(yàn)后的土體SEM微觀圖像也表明，鈣離子處理后土體密實(shí)度更高。

關(guān)鍵詞

化學(xué)電滲法; 地基處理; 軟黏土; 離子半徑; 微觀結(jié)構(gòu)

隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高速發(fā)展，土地資源匱乏問題也日益凸顯，尤其是在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的東南沿海地區(qū)，廣泛分布著大量軟黏土層，由于其高含水量、高壓縮性、低強(qiáng)度及低滲透性等特點(diǎn)，工程特性較差[1]，因此，需要對(duì)軟土地基進(jìn)行處理才能投入工程使用。

作為目前常用的軟土地基處理方法，真空預(yù)壓法具有成本低，工法簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，但存在深層土體加固效果較差，排水板淤堵[2]、處理工期較長(zhǎng)等缺點(diǎn)[3]。電滲法具有排水速度快、深層土體加固效果好、不受土體水力滲透系數(shù)影響等特點(diǎn)[4]，比真空預(yù)壓法更適合低滲透性、細(xì)顆粒較多的軟土[5-6]。電滲法最早由Casagrande[7]應(yīng)用于工程實(shí)踐，此后，對(duì)于電滲法的研究也越來越廣泛。然而，相關(guān)研究表明，電滲法仍存在缺陷，如陰極加固效果較差、能耗較高、后期排水效果較差等問題[8-9]，因此，在實(shí)際工程中的應(yīng)用受到限制。為改善電滲加固效果，有學(xué)者將化學(xué)溶液與電滲相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)在電滲過程中向土體中注入鹽溶液可以有效提升電滲效率與加固效果[10]，此后，電化學(xué)法成為電滲法研究熱點(diǎn)問題。李瑛等[11]發(fā)現(xiàn)，電滲過程中存在最佳含鹽量，含鹽量過高對(duì)電滲加固效果存在不利影響。Otsuki等[12]對(duì)比分析了當(dāng)Mg（CH3COOH）2、MgSO4、Mg（NO3）2、ZnSO4、AgNO3作為陽極溶液與NaOH、Na2CO3作為陰極溶液對(duì)高嶺土的加固效果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Mg（CH3COOH）2與Na2CO3聯(lián)合注入時(shí)，加固效果最好。Liu等[13]研究了不同濃度KCl、NaCl、CaCl2溶液的電化學(xué)加固效果，發(fā)現(xiàn)Ca2+的加固效果優(yōu)于其他兩種離子，且Ca2+的最佳含鹽量為1%。任連偉等[14]將CaCl2溶液與Na2SiO3溶液聯(lián)合注入土體，相比純電滲土體，試驗(yàn)后土體抗剪強(qiáng)度提高了119.8%。Shang等[15]對(duì)比了CaCl2與Al2（SO4）3·18H2O電化學(xué)加固后土體的抗剪強(qiáng)度，結(jié)果表明，15%濃度的CaCl2溶液抗剪強(qiáng)度提升幅度更大。Ayodele等[16]以CaCl2為陽極溶液，H3PO4為陰極溶液對(duì)紅黏土進(jìn)行電化學(xué)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)處理后的土體抗剪強(qiáng)度有明顯提升，且抗剪強(qiáng)度提升主要是由Ca5（PO4）3OH產(chǎn)生的膠結(jié)作用引起的。上述研究主要集中于單一試劑的陽離子種類、離子價(jià)位、離子濃度改變以及不同試劑組合對(duì)電滲加固效果影響，對(duì)陽離子半徑的影響研究較為缺乏。

筆者通過向土體中注入相同濃度的不同半徑二價(jià)金屬陽離子氯鹽溶液，對(duì)電化學(xué)加固過程中的電流、排水量、電滲透系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)比分析試驗(yàn)前后的含水率與抗剪強(qiáng)度分布，結(jié)合掃描電鏡（SEM）對(duì)處理后土體微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，探究相同價(jià)位下不同離子半徑陽離子對(duì)電化學(xué)加固效果的影響，以期對(duì)電化學(xué)法在實(shí)際工程應(yīng)用中的試劑選擇提供參考。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)土樣

試驗(yàn)所用土樣取自溫州洞頭區(qū)海涂圍墾現(xiàn)場(chǎng)。通過室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)得的原狀土基本參數(shù)如表1所示。

1.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)采用有機(jī)玻璃制成的模型箱，試驗(yàn)裝置實(shí)物圖、示意圖如圖1、圖2所示。模型箱主要由中間的土樣槽與兩端的排水槽構(gòu)成，土樣槽與試驗(yàn)槽之間由底部開口的有機(jī)玻璃板分隔開。土樣槽尺寸為500 mm×200 mm×200 mm，排水槽尺寸為50 mm× 200 mm×200 mm，排水槽中央設(shè)有半徑為5 mm的排水口，試驗(yàn)時(shí)在靠近陰極一側(cè)的排水口處放置量杯以測(cè)定電滲排水量。為防止在試驗(yàn)過程中引入其他金屬離子對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾，電極板采用尺寸為220 mm×200 mm×4 mm石墨電極板，其中陰極板表面均勻分布直徑為10 mm的小孔，以便于排水。在距離陽極15 mm位置插入直徑為10 mm的帶孔PPR管，以注入化學(xué)試劑，PPR管底部封口，以保證化學(xué)試劑均勻擴(kuò)散于不同深度土體。電源采用GWSPD-3606型穩(wěn)壓直流電源。

1.3 試驗(yàn)方案

為研究陽離子半徑對(duì)電化學(xué)加固效果的影響，試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)試驗(yàn)組，其中T0為純電滲對(duì)照組，其余3組分別加入CaCl2、MgCl2、CuCl2陽離子化合價(jià)相同的鹽溶液，T0組中注入等量的去離子水，具體實(shí)驗(yàn)方案如表2所示。

試驗(yàn)過程中，控制輸出電壓為50 V，即土體中的電勢(shì)梯度為1 V/cm。為測(cè)定試驗(yàn)過程中土體有效電勢(shì)的變化，在距離電極5 mm處安置電勢(shì)測(cè)針，具體試驗(yàn)步驟為：1）在試驗(yàn)箱內(nèi)均勻涂上一層凡士林，將電極板用去離子水潤(rùn)濕后置于土樣槽兩端，并在靠近排水槽一側(cè)放置土工布防止土樣流失。2）分層裝入土樣，裝填過程中對(duì)土樣進(jìn)行適當(dāng)擠壓、震蕩以消除氣泡。3）按照?qǐng)D2布置電勢(shì)與溫度測(cè)針，并將量筒置于陰極排水口下方。4）連接電路，并將化學(xué)溶液通過帶孔PPR管注入土體，待溶液完全擴(kuò)散進(jìn)入土體之后，調(diào)節(jié)輸出電壓為50 V并開始通電。由于試驗(yàn)前期波動(dòng)較大，前6 h每1 h記錄一次電流、排水量，并用萬用表測(cè)定有效電勢(shì)，6～12 h每2 h記錄一次，12 h后每4 h記錄一次。當(dāng)各試驗(yàn)組排水速率均小于5 mL/h時(shí)，認(rèn)為電滲停止排水，斷開電源，停止試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后按圖2中的測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行含水率與抗剪強(qiáng)度的測(cè)定，并取土進(jìn)行掃描電鏡（SEM）分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 電流

試驗(yàn)過程中土體電流的變化趨勢(shì)如圖3所示。試驗(yàn)開始時(shí)，各試驗(yàn)組初始電流分別為0.7、0.89、0.81、0.83 A，初始階段電流逐漸增大，2 h時(shí)各組電流達(dá)到最大值，各組峰值電流分別為0.73、0.95、0.83、0.87 A，相比純電滲組T0，電化學(xué)試驗(yàn)組T1～T3初始電流分別提升了27.1%、15.7%、18.6%，峰值電流分別提升了30.1%、13.7%、19.2%，陽離子的注入使土體中導(dǎo)電粒子的數(shù)量增加，導(dǎo)致土體導(dǎo)電性提升。此外，在電化學(xué)試驗(yàn)組T1～T3中，電流提升幅度依次為T1gt;T3gt;T2，這與T1～T3組中注入的陽離子半徑大小規(guī)律一致，主要原因是金屬陽離子在溶液中主要以水合離子的形式存在，離子半徑不同會(huì)導(dǎo)致水合離子半徑產(chǎn)生較大差異，離子半徑越小，離子的電荷密度越大，使其對(duì)于水分子的作用力也越大，因此，離子的水合離子半徑越大，在相同條件下的遷移速率越小，使得導(dǎo)電能力也越差，因此離子半徑較大的陽離子對(duì)土體導(dǎo)電性的促進(jìn)作用也越明顯，T2組中添加的Mg2+與T3組中添加的Cu2+離子半徑差距較小，故兩組試驗(yàn)的電流差距也較小。2 h之后電流開始逐漸降低，隨著電滲的進(jìn)行，各組電流之間的差距逐漸縮小，最終各組電流基本一致。雖然T1組的初始電流與峰值電流相對(duì)T0組均有較大提升，但電流降低速率也較大，48 h時(shí)，T1與T0組基本相同。

結(jié)合圖4的排水速率變化曲線可以看出，試驗(yàn)過程中的排水速率與電流變化趨勢(shì)一致。隨著電滲的進(jìn)行，土體中的孔隙水與部分陽離子排出土體，導(dǎo)致土體導(dǎo)電性降低。由于T1～T3組前期排水速率較高，在試驗(yàn)初期土體中的孔隙水與陽離子含量迅速下降，土體中可移動(dòng)的帶電粒子減少，導(dǎo)致離子半徑提升帶來的促進(jìn)作用被大幅削弱，因此，T1～T3組的電流降低速率較大，且T1組降低速率最大。但由于T1～T3組的峰值電流相對(duì)T0組提升較大，因此，直到電滲中后期各組電流才趨近相同。

2.2 排水量與排水速率

試驗(yàn)過程中的排水量變化趨勢(shì)如圖5所示?？梢钥闯?，各試驗(yàn)組前期排水量差別較小，直到10 h時(shí)才表現(xiàn)出較明顯的差異。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，T0～T4組排水量分別為3 189.9、4 118.4、3 796.8、3 943 mL，電化學(xué)試驗(yàn)組T1～T3的最終排水量相比純電滲組T0分別提升了29.1%、19%、23.6%。添加化學(xué)試劑有效提升了排水量，因?yàn)殡姖B排水主要依賴陽離子攜帶水分子在電場(chǎng)的作用下向陰極定向移動(dòng)并從陰極排出，添加化學(xué)試劑后，土體中的可自由移動(dòng)的陽離子數(shù)量增加，促進(jìn)了排水作用。此外，在電化學(xué)試驗(yàn)組T1～T3中，最終排水量與注入溶液的陽離子半徑正相關(guān)，添加了Ca2+的T1組排水效果最好，T2組與T3組排水量差距較小。

根據(jù)排水量得到的排水速率變化趨勢(shì)如圖4所示。由圖4可以看出，電滲前期，各組排水速率較大且均呈上升趨勢(shì)，在通電5 h左右各組排水速率達(dá)到最大值，各組峰值排水速率大小順序依次為T1gt;T3gt;T2gt;T0。在電化學(xué)組T1～T3中，由于注入土體的陽離子半徑不同，因此，排水速率也存在較明顯區(qū)別，T1中注入土體的Ca2+離子半徑最大，離子水化半徑最小，遷移速度更快，因此，可以獲得更高的排水速率。5 h后各試驗(yàn)組排水速率呈下降趨勢(shì)，其中，電化學(xué)試驗(yàn)組T1～T3的排水速率下降較快，在峰值排水速率明顯大于純電滲組T0的情況下，在電滲進(jìn)行到40 h后，T1～T3組排水速率均小于純電滲組T0，排水量越大，排水速率下降越明顯。T1～T3組前中期大量排水導(dǎo)致部分陽離子隨孔隙水排出土體，且電化學(xué)組在陰極區(qū)域土體發(fā)生的膠結(jié)反應(yīng)消耗了部分陽離子，土中可自由移動(dòng)的陽離子數(shù)量大幅減少，因此，排水速率大幅降低。

總體來看，在添加的陰離子相同且陽離子價(jià)位與濃度相同時(shí)，陽離子半徑成為影響電化學(xué)加固效果的重要指標(biāo)，離子半徑較大的陽離子對(duì)電化學(xué)法排水速率有更好的促進(jìn)作用，且電滲前期的促進(jìn)作用更加明顯，電滲后期陽離子濃度大幅降低導(dǎo)致離子半徑提升產(chǎn)生的促進(jìn)作用被弱化，因此，試驗(yàn)后期排水速率基本一致。

2.3 溫度

試驗(yàn)過程中的土體溫度變化如圖6所示。根據(jù)焦耳定律，電滲過程中在土體中產(chǎn)生的電流會(huì)伴隨著焦耳熱，這也是土體溫度升高的主要來源。由于各試驗(yàn)組所選用同一批次軟黏土，測(cè)得的土體溫度均為22 ℃，試驗(yàn)在室溫20 ℃的情況下進(jìn)行。由圖6可以看出，開始通電后，隨著土體中的電流不斷增大，各試驗(yàn)組電極附近土體溫度均呈上升趨勢(shì)，并在11 h左右達(dá)到最大值。通電11 h后，各組土體溫度逐漸降低并趨于穩(wěn)定，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，各組土體溫度相對(duì)初始溫度存在小幅度提升。各試驗(yàn)組陽極峰值溫度提升11～15 ℃，陰極峰值溫度提升10～13 ℃，由于添加陽離子，導(dǎo)致電化學(xué)組T1～T3土體電流增大，因此，產(chǎn)生的溫度也相對(duì)更高。由于土體的電阻率會(huì)隨著溫度的升高而減小[17]，使得土體電流隨著溫度的升高而增大，因此，在電滲前期存在電流與溫度的相互促進(jìn)作用，但電滲的持續(xù)排水與陽離子消耗導(dǎo)致土體電阻率增加，當(dāng)溫度升高帶來的電阻率降低幅度小于排水與陽離子消耗導(dǎo)致的電阻率增加幅度時(shí)，電流開始逐漸降低，隨后溫度也逐漸降低。此外，溫度的提升對(duì)離子的遷移與擴(kuò)散有一定的促進(jìn)作用，加快了水化陽離子在土體中的運(yùn)移速率，對(duì)排水速率有一定的促進(jìn)作用，同價(jià)位下離子半徑較大的離子對(duì)電流的促進(jìn)作用更大，因此土體溫度更高，對(duì)排水速率的促進(jìn)作用也更加顯著。

2.4 電滲透系數(shù)

電滲透系數(shù)ke作為土體基本性質(zhì)之一，是影響土體電滲排水速率最主要的因素，代表了孔隙水在電場(chǎng)作用下在土體中運(yùn)移的難易程度[18]。根據(jù)Esrig[19]的理論，電滲透系數(shù)可根據(jù)式（1）得出。

ke=ve?LA?Δφ

（1）

式中：ve為電滲排水速率，mL/s；Δφ

為作用在土體兩端的電勢(shì)，V；L為電極之間的距離，cm；A為電流或水流通過的橫截面積，cm2。

試驗(yàn)過程中的土體電滲透系數(shù)變化如圖7所示?？梢钥闯?，電滲透系數(shù)的變化趨勢(shì)與排水速率近似，這與電滲透系數(shù)的物理意義相吻合。各組土體電滲透系數(shù)均存在明顯的峰值，其中，電化學(xué)組T1～T3的峰值電滲透系數(shù)均大于純電滲組T0，金屬陽離子的注入有效地改善了土體的排水性能，對(duì)土體的電滲透系數(shù)有較大提升。隨著土體中孔隙水的排出與陽離子的損耗，土體的電滲透系數(shù)也隨之下降，且對(duì)于電化學(xué)組T1～T3的影響更加顯著。

此外還可以看出，在電化學(xué)組T1～T3中，隨著注入土體中陽離子半徑的增加，土體的電滲透系數(shù)也隨之增大。根據(jù)Helmholtz-Smoluchowski模型[20]得出的電滲透系數(shù)ke表達(dá)式為

ke=nεwμζ

（2）

式中：ζ

為zeta電勢(shì)，V；n為土體孔隙率；εw

為孔隙水介電常數(shù)，F(xiàn)/m；μ

為孔隙水黏度系數(shù)，N·s/m2。由于不同土體間介電常數(shù)與黏度系數(shù)差別較小[17]，因此，電滲透系數(shù)的主要影響因素為zeta電勢(shì)ζ

與孔隙率n。當(dāng)土體中陽離子濃度增大時(shí)，土體中的雙電層擴(kuò)散層（DDL）變薄，導(dǎo)致顆粒間的斥力降低，黏土顆粒之間產(chǎn)生絮凝作用[21-22]，孔隙率增大，zeta電位減小。當(dāng)zeta電位降低幅度小于孔隙率增大幅度時(shí)，土體的電滲透系數(shù)增加。在陽離子價(jià)位與濃度相同的情況下，陽離子的離子半徑越大，離子水化半徑越小，DDL厚度更小[23]，對(duì)土體電滲透系數(shù)的促進(jìn)作用更加顯著，故T1組土體的峰值電滲透系數(shù)明顯大于T2、T3組。

2.5 沉降量

隨著電滲排水的進(jìn)行，各試驗(yàn)組土體表面均存在不同程度的沉降，試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)土體表面不同位置的沉降進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如圖8所示?？梢钥闯觯姖B處理后土體沉降主要呈兩端小、中間大的趨勢(shì)。電化學(xué)試驗(yàn)組T1～T3的總體沉降均大于純電滲組T0，主要原因是土體沉降主要由土體排水引起，T1～T3組的排水量較T0組有明顯提升。此外，各試驗(yàn)組陰極附近沉降均小于陽極，結(jié)合圖9中的含水率分布曲線可以看出，土體排水主要集中于陽極與土體中部，陰極排水較少，且金屬陽離子在陰極附近的堿性環(huán)境中發(fā)生的膠結(jié)反應(yīng)增強(qiáng)了土體的整體性，因此，陰極附近土體沉降較小。試驗(yàn)過程中觀察到，電滲初期中部土體幾乎不發(fā)生沉降，但試驗(yàn)結(jié)束后土體中部沉降最大，主要原因是，電滲中后期土體中部形成裂縫，尤其是電化學(xué)組T1～T3，致使土體通過中部裂縫快速排水，因此試驗(yàn)中后期土體中部發(fā)生較大沉降，隨著離子半徑的提升，這一效應(yīng)也更加顯著。

2.6 含水率與抗剪強(qiáng)度分布

試驗(yàn)結(jié)束后，按照?qǐng)D2所示的測(cè)點(diǎn)位置對(duì)土體含水率與抗剪強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)定，并利用不同深度處含水率計(jì)算了不同位置的平均含水率，含水率分布曲線如圖9所示。從圖9可以看出，土體陰極附近的含水率明顯較高，這是由于電滲排水的本質(zhì)是陽離子攜帶水分子在電場(chǎng)作用的情況下向陰極移動(dòng)，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)仍有較多孔隙水匯集在陰極附近未排出，造成陰極附近含水率偏高。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，電化學(xué)試驗(yàn)組T1～T3不同位置的含水率均小于純電滲組T0，且T1～T3組的含水率隨注入的陽離子半徑的增加而降低，表明增大注入陽離子半徑對(duì)電化學(xué)加固效果有明顯的提升。

試驗(yàn)結(jié)束后土體的抗剪強(qiáng)度分布如圖10所示。由圖10可以看出，土體的抗剪強(qiáng)度分布與含水率分布相關(guān)，陰極附近土體由于含水率較高，導(dǎo)致該區(qū)域抗剪強(qiáng)度提升較小。對(duì)比各組抗剪強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)，注入的陽離子半徑越大，加固效果越好，其中，相比純電滲組T0，T1～T3組陽極區(qū)域抗剪強(qiáng)度分別提升了69.8%、21%、49%。在土體靠近中部的位置，電滲過程中在該區(qū)域發(fā)生的膠結(jié)反應(yīng)增強(qiáng)了土體的連續(xù)性，導(dǎo)致該區(qū)域抗剪強(qiáng)度表現(xiàn)較好。此外，T3組陽極區(qū)域的含水率低于T2組，但抗剪強(qiáng)度較差，主要原因是注入的CuCl2溶液存在一定的腐蝕性，導(dǎo)致注漿位置附近土體的性能受到一定程度的影響。

2.7 微觀結(jié)構(gòu)分析

各試驗(yàn)組不同位置處的掃描電鏡圖像如圖11、圖12所示，主要選取陽極與中部靠近陰極區(qū)域土體放大2 000倍圖像進(jìn)行分析。圖11為試驗(yàn)結(jié)束后陽極附近土體微觀圖像，可以看出，由于排水效果較差，T0組土體內(nèi)部仍存在較大孔隙，且孔隙之間相互連通，影響了土體的整體結(jié)構(gòu)。由于排水較多，T1、T2組陽極附近土體骨架緊密，小孔隙較少。由于注入CuCl2溶液，導(dǎo)致T4組陽極附近土體受到一定程度的腐蝕，結(jié)構(gòu)較松散，導(dǎo)致該區(qū)域土體強(qiáng)度受到影響，這一點(diǎn)在2.6節(jié)中的抗剪強(qiáng)度曲線中有所體現(xiàn)。圖12為中部靠近陰極區(qū)域土體微觀圖像，不同于陽極，中部靠近陰極區(qū)域土體存在較多孔隙，土體骨架較松散，這也是陰極附近土體強(qiáng)度較低的主要原因。通過圖12（b）、（c）、（d）可以觀察到，土顆粒存在明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象，且部分孔隙中存在絮狀膠結(jié)物質(zhì)，這主要是由于在電場(chǎng)的作用下注入的Ca2+、Mg2+、Cu2+部分運(yùn)移到土體陰極區(qū)域，導(dǎo)致陰極區(qū)域陽離子濃度增加，DDL厚度降低，土顆粒絮凝成團(tuán)，且部分陽離子在陰極附近的堿性環(huán)境下發(fā)生膠結(jié)反應(yīng)，形成的膠結(jié)沉淀填補(bǔ)了部分孔隙。

孔隙的差異主要是由于電滲過程中孔隙水在電場(chǎng)的作用下由陽極運(yùn)移到陰極并逐漸排出，土體孔隙隨著孔隙水的排出逐漸增大，在土顆粒間的相互作用力與重力的共同作用下，土體逐漸被壓縮并產(chǎn)生沉降與側(cè)移，土顆粒之間的孔隙逐漸減小[24]，最終導(dǎo)致陽極附近含水率較低的土體孔隙較少且結(jié)構(gòu)密實(shí)，而靠近陰極的含水率較高的土體結(jié)構(gòu)松散且孔隙較多，結(jié)合圖8中的土體沉降曲線可以看出，離子半徑增加使得土體沉降量增加，因此，相對(duì)T2、T3組，T1組土體更加密實(shí)。此外，電化學(xué)法中注入的部分陽離子可以在陰極的堿性環(huán)境下發(fā)生膠結(jié)反應(yīng)，生成的膠結(jié)物質(zhì)能有效填補(bǔ)陰極附近的較大孔隙，增強(qiáng)土體整體性。因此，相對(duì)純電滲法，電化學(xué)法處理后的陰極區(qū)域土體仍有一定的抗剪強(qiáng)度。

3 結(jié)論

通過一系列對(duì)比試驗(yàn)，研究了注入不同半徑陽離子對(duì)電化學(xué)加固效果的影響，得到如下結(jié)論：

1）在注漿溶液的陰離子種類、陽離子價(jià)位與陽離子濃度相同的情況下，注入的陽離子半徑越大，對(duì)電化學(xué)加固效果的促進(jìn)作用越明顯，試驗(yàn)中分別注入了Ca2+、Mg2+和Cu2+不同半徑金屬陽離子，其中Ca2+的加固效果最好，由于離子半徑較為接近，Mg2+與Cu2+加固效果也較為接近，但仍存在差距。

2）不同半徑陽離子電化學(xué)加固效果的差距本質(zhì)上是由于陽離子半徑越大，水化離子半徑越小，遷移速度越快，導(dǎo)電能力也越強(qiáng)，并且離子水化半徑小使得DDL厚度更小，土體電滲透系數(shù)增加，改善了土體電滲排水固結(jié)效果。

3）離子半徑改變對(duì)電化學(xué)加固過程的影響主要集中于電滲前期，電滲后期由于離子濃度的大幅降低弱化了陽離子半徑產(chǎn)生的影響。

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