动电的治疗模型沉箱尺寸增加

文摘

动电的治疗在岩土工程已经知道了六十年,然而,这项技术是很少使用。这源于缺乏为动电的处理系统设计准则和规范。一个重要的问题需要调查和了解为了设计指导方针从实验结果基础元素大小的影响治疗的结果。同样重要的是确定最优距离电极和治疗之前估计的能源消耗。本实验研究是一个初步的步骤,理解的一些问题的关键准则和规范。四个模型沉箱表面区域16000至128000毫米²被嵌入软粘性土在水和治疗168小时6 V的直流电压。从结果,阳极之间的距离(沉箱模型)和阴极相同外径的0.25倍沉箱模型被确认为最优。表面积和轴之间的关系能力模型的沉箱和表面积和能源消耗。方程可以用来初步估计负载能力和全面应用的能源消耗。

1。介绍

柔软的土壤和海洋世界各地的存款是非常普遍的。有很多基础设施项目和沿海高层建筑的基础往往是由土壤的抗剪强度低,压缩性高。此外,勘探和开发世界各地的石油和天然气田和风力发电场的扩张导致了许多平台和塔的建设离岸土壤抗剪强度较低。这些项目的建设,在松软的土层上可能导致非常昂贵的基础系统。此外,传统的安装基础元素,尤其是驱动桩或沉箱,自然可以摧毁任何现有的凝聚力或土壤颗粒之间的胶结和打扰接近附近的土壤的结构基础,导致过度的解决和进一步减少地基的承载能力。

动电的治疗是一种有效的土壤改良技术增加抗剪强度和承载力基础元素的软土。动电学提高软土的强度特性诱导动电的整合(例如,1]),产生电动胶结(例如,(2])和减少水分含量(例如,3])。主要使用动电的治疗的好处是有限的干扰治疗可能会导致现有的土壤结构和控制治疗区域的能力。动电的治疗在岩土工程已经知道了六十年(4,5)与成功的实验室规模的调查(如[6,7])和现场实验(例如,8- - - - - -10])。此外,案例报告记录在动电学被成功地用于提高摩擦桩的承载力(11)和控制基坑开挖及降水过程中孔隙水(12]。然而,技术实际上是很少使用专业认可的范围内。地面改进行业不愿接受这项技术主要是由于缺乏为动电的处理系统设计准则和规范。

一个关键问题,需要调查和了解为了设计设计指南动电的处理系统从实验结果基础元素大小的影响得到了改善。同样重要的指导原则是确定最佳阳极和阴极之间的距离(年代)。优化电极间距电场集中在附近的基础元素和控制治疗区域的大小。因此,改善土壤发生在地基土的强度特性接口最低的能源消耗。最后,估计功耗之前动电的治疗是至关重要的经济可行性评估治疗。这些重大问题需要调查和了解为了推断,关联,和/或模型实验台的结果,实验室的地板上,飞行员测试全面应用。

本实验研究是一个初步的步骤来解决的一些问题重要的设计的动电的治疗指南。这项研究调查模型沉箱的轴向负荷能力随着维度嵌入软土动电的治疗后在水中。这项研究试图关联的负载能力和能源消耗的表面积模型。这项研究提出了电极之间的距离公式。

2。实验程序

2.1。材料特性

本研究中使用的土壤是在桑德贝从一个建筑工地,。土壤粒度分布分析了按照ASTM d422 - 63 (13),显示15.5%的土壤砂大小和84.5%的罚款(淤泥和粘土)。液体和塑料土壤限制,由ASTM D4318-10 [14),分别为25和19日。统一的土壤分类系统组的象征是CL-ML和组名与砂粉质粘土。土壤的自然含水量是36%,比重为2.72。

2.2。实验装置和程序

三个相同的动电的研究治疗细胞被设计和制造。细胞,如图1是由聚氯乙烯(PVC)管外径320毫米,内径300毫米,650毫米长度和体积容量为45升。管的一侧布满了PVC帽作为基础的细胞。排水阀是安装在底部的细胞促进饱和。

四个模型沉箱3毫米壁厚和增加直径和长度是由钢铁和用于实验。每次从最小的表面积是翻了一番沉箱最大的模型。模型的外径和长度沉箱在测试1 50毫米和102毫米,75毫米和136毫米在测试2,测试3 100毫米和204毫米,150毫米和272在测试4。相应的表面区域(SAs)是16000年,32000年,64000年和128000毫米²,分别。总结了测试表1。

粉质粘土土壤的质量是放置在一个混凝土混合料鼓。水的体积要求增加土壤的含水量50%的测量和添加到鼓。鼓的土壤和水充分混合以产生一个同质软土。含水量的混合物被选中的两倍液限为了生产重组粘土的土壤样本的属性描述Burland [15),几乎没有抗剪强度。

大约25毫米清洁砾石层,5 - 7毫米粒度直径,被底部的细胞作为排水层,表面由土工布过滤(图1(一))。软粘性土当时涌入细胞。软土是允许定居和巩固自己的体重48小时。结算和整合后,土壤标本约465毫米高(150毫米短于细胞)和被一层表面的水。土壤的电导率,σ,测量使用ASTM G57-6 [16并于0.1 S / m。沉箱模型被插入到细胞与沉箱与中心的细胞。上层模型的沉箱是50毫米以下土壤标本,如图1(一)。模型沉箱作为阳极在治疗。四电极作为阴极插入模型沉箱在彼此相等的距离。电极是用穿孔的钢管,12毫米外径,8毫米内径比模型沉箱25毫米长。射孔孔直径3毫米的间距13毫米中心距。顶部的电极和模型沉箱在同一水平上,而电极的尖端是25毫米低于沉箱(图的基础1(一))。

电场模拟各种阳极之间的距离(沉箱模型)和阴极电极(4)通过使用QuickField [17),一场模拟软件。仿真的目的是提供最大电场,和随后的最大改善土壤的强度特性,在caisson-soil接口。距离相等的外径的0.25倍沉箱模型被确认为最优之间的电场沉箱和阴极。因此,13、19、25和38毫米的电极之间的距离和模型沉箱在测试1到4,分别。电极的平面布局在测试3如图1 (b)。安装模型沉箱和电极后,水在土壤标本被提高到100毫米,把整个治疗的持续时间和剪切强度和轴向载荷测试。

直流电(dc)电压6 V与模型应用于细胞沉箱作为阳极(A1 A4)和四个电极作为阴极。动电的治疗持续了168年人力资源与当前周期性间隔2分钟,2分钟的由一个可编程定时器执行。当前的间歇,脉冲电压的应用程序每隔预定的开/关,而不是持续的直流电压,被选为其优越的动电的治疗结果以及其有效性在减少腐蚀的电极7,18,19]。电流是治疗期间监测和报告。为每个动电的治疗试验在这项研究中,一个控制测试相同的土壤和配置但是没有电场提供基线数据进行比较。

3所示。结果与讨论

3.1。电场和能源消耗

图2显示了电流在坦克和测试的运行时间。图显示同样的外加电压,电流增加而增加的表面积沉箱模型。这是由于土壤面积的增加电流随着沉箱的增加。在图所示的电流的值2代表当前的集成密度土壤地区受到当前。随着沉箱的表面积增加,该地区土壤中受到当前增加和当前也是如此。

图2显示电流测试1和2减少整个测试的最大减少发生在第一次20小时。在测试3,当前随着时间的增加在第一次40小时的测试。之后,当前略下降随着时间的推移,测试结束。在测试4中,当前略已故前20小时测试,然后增加。当前然后用小率下降,直到测试结束。电流随时间的变化如图2电导率的变化引起土壤在测试期间。土壤电导率的变化在一个动电的过程是两种对立的结果机制。一般来说,作为土体的孔隙流体流出(孔隙流体占据了大部分土壤电导率)电渗,大部分土壤电导率降低。然而,水仍然保持在土壤孔隙内部,电导率随治疗时间的电解反应与朝阳科技(20.,21]。因此,电导率的增加孔隙流体的电解反应有时会成为主导超过土壤的电导率下降造成水的消耗。因此大部分土壤电导率,从而电流,可能会增加某个时候开始后的动电的治疗中观察到测试3和4。然而,图2表明,所有的测试电流的变化,从而导电性的变化在大多数的测试时间是非常小的。

图3(一个)显示了电场强度的分布,,在测试3使用QuickField模拟。的分布如图3(一个)在所有的测试典型。数据3 (b)和3 (c)显示计划的看法在细胞的中心和两个电极(b)和跨细胞和电极之间的中途岛的中心(碳碳节)为测试3。如数据所示,最高,随后电流密度(电流密度=最高),发生在沉箱的附近。在测试3112年和210年之间的不同V / m(即。,current density between 11.2 and 21 A/m²)在模型中caisson-soil接口相比和零电流密度细胞的壁附近的土壤。

能源消耗,动电的治疗期间,计算为每个测试,如图4与模型的表面积(SA)沉箱。如数据所示,与SA线性增加 因此,对于土壤电导率为0.1 S / m,外加电压6 V,和电极布局类似于配置在这项研究中,治疗的每周能源消耗可以估计(1)。

3.2。不排水抗剪强度

完成后的动电的治疗,不排水抗剪强度,以三个位置如图1 (b)(SL1 SL2和SL3)使用剪切叶片。在每个位置测量在顶部、中期和沉箱底部水平的模型。平均价值确定的三个测量每个位置和呈现在图5。治疗后,平均水平之间的不同kPa和模型中kPa caisson-soil接口(SL2)之间kPa和kPa在130毫米中心的沉箱(SL2)。相应的在控制测试范围从kPa,kPa。电场的大小之间的关系(强模型沉箱和附近的弱远离沉箱)和土壤中获得力量,供数据测试33 (b)和5。在SL2,和在SL3 kPa而,和kPa。因此聚焦沉箱附近的电场显著增加caisson-soil接口,主要目标的优化电极之间的距离远离沉箱保持大约类似的控制。

如图5,治疗也增加了土壤的强度在沉箱模型(SL1)最高的抗剪强度测试报告1和2。高强度测试1和2可能是由于小尺寸模型的沉箱在两个测试。模型沉箱已故的规模,更多的水被electroomosis排水的土壤封闭自沉箱作为阳极。增加土壤的抗剪强度在基础土壤元素可以生成一个插头。沉箱基础的土塞组件添加一个脚趾轴承阻力,从而增加了轴向载荷能力。

3.3。轴向载荷能力

后测量,该模型沉箱轴向加载失败了三轴加载框架如图6。图7显示了轴向载荷能力,后,而模型的垂直位移沉箱的动电的治疗和控制测试。轴向载荷能力的失败,在图。是由塔提出的故障判据和克雷格22]。在这个故障判据,失败是交点的荷载位移曲线和角的平分线行由两个切线两边的弯管的荷载位移曲线。如图7,动电的治疗后是126 N在测试1 (SA) = 16000毫米²),205 N在测试2 (SA) = 32000毫米²),327 N test3 (SA) = 64000毫米²),和521 N在测试4 (SA) = 128000毫米²)。相应的值控制测试是12,45岁,84年,分别为170 N。这是增加950%到206后动电的治疗和控制。

图8显示(N)和表面积,SA(毫米²四个测试)模型的沉箱。如图,线性变化与SA范围覆盖在这项研究的关系是:

控制测试:

动电的治疗测试: 之间的线性关系和股价预计将在控制测试中,轴向负荷能力的常用公式是线性函数之间的土壤属性和元素的尺寸的基础。之间的线性关系和SA后动电的治疗意味着力量的改善治疗后的土壤的性质是独立的沉箱基础维度。这很重要,因为它允许一个初步估计的轴向全面基础元素从实验室检测能力的模型要小得多。例如,沉箱基础的直径1米,长8米(SA) = 25米²)插入土壤与岩土性质类似于本研究中使用的粉质粘土和水可以从(估计2),34 kN。然而,在一个动电的电场治疗配置类似于配置在这项研究中,估计(3)87 kN,相应的能源消费(1)是27 kWhr。

4所示。结论

本实验研究旨在探讨一些参数,是设计的关键设计的动电的治疗指南。四个模型沉箱表面区域16000至128000毫米²被嵌入软粘性土在水和处理6 V的直流电压为168小时。从研究中我们可以得出以下。(我)后的轴向负荷能力沉箱动电的治疗不同的126年和521年之间N相比,12 - 170 N在控制测试。(2)阳极之间的距离(沉箱模型)和阴极相同外径的0.25倍的沉箱被确认为最优。(3)表面积和轴之间的关系的能力给出了沉箱。方程可以用来初步估计的负载能力全面的基础元素后动电的治疗。(iv)沉箱的表面积之间的相关性,给出了能量消耗。相关性可以大致预测治疗前全面应用的能源消耗。

确认

没有经济利益的任何使用Quickfield论文的作者在这个研究。作者要感谢康拉德哈格斯特龙先生,湖首大学土木工程和北韩总承包商有限的宝贵的帮助在这个研究。这项研究是由加拿大自然科学和工程研究委员会(NSERC)。

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