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电渗固结中接触电阻影响因素的多维度试验探究

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代土木工程建设中，软土地基处理是一个关键环节，其处理效果直接关系到工程的稳定性与安全性。我国滨海地区，如环渤海经济圈、东南沿海经济圈，广泛分布着高含水率、高孔隙比、高压缩性以及低抗剪强度的软弱土。随着人类居住和生产范围的不断拓展，对土地资源的需求日益增长，滨海地区软土处理的重要性愈发凸显。对于高含水率软土地基，需进行排水固结处理以提高其抗剪强度，满足直接应用或后期二次处理的承载能力要求。传统排水固结方法，像堆载预压和真空预压，在处理固结缓慢的细颗粒软黏土时，存在工期较长的问题。因此，研究人员和工程师不断探索新技术的应用与推广。

电渗固结技术作为一种有效的软土地基处理方法，具有独特优势。俄国科学家Reuss早在1807年便发现了电渗现象，即多孔介质会吸附溶液中的正负离子，使溶液相对带电并朝一定方向运动。到了20世纪30年代，Casagrande等将电渗应用于实际加固工程，此后电渗法加固软土的室内试验、现场试验和工程实例不断丰富发展。电渗固结技术能加速土体孔隙水的排出，使吸附阳离子的极性水分子形成水流并从阴极排出；还能促使阳极附近土颗粒聚集加密，带负电荷的土颗粒在电泳作用下向阳极方向运动，提高阳极附近土体的密实度和强度；同时，电渗过程中阳极附近产生的胶体产物，如以铁电极为例生成的Fe(OH)?胶体，对孔隙有填充密实作用。这些作用使得电渗固结技术在高含水率、低渗透性的细颗粒软黏土加固处理中表现出色，具有工期短、设备安装方便、不易造成地基失稳等优点，为软土地基处理提供了良好的解决方案。

然而，电渗固结技术在实际应用中仍面临一些挑战，其中接触电阻的影响不容忽视。接触电阻是指在电极与土体之间，由于界面形貌不规整、表面污染以及氧化物形成等原因，导致电极表面与土体之间存在的一定电阻。在电渗过程中，接触电阻的存在会对电渗固结效率产生关键影响。一方面，接触电阻会使电流通过时产生能量损耗，增加电渗过程的能耗。研究表明，当接触电阻增大时，为维持相同的电渗效果，需要消耗更多的电能。另一方面，接触电阻的变化会导致土体中有效电势分布不均匀，影响电渗排水和土体加固效果。若接触电阻在不同位置差异较大，会使得土体中不同区域的电渗流速和固结程度不一致，从而导致地基处理效果不均匀，影响工程质量。此外，随着电渗过程的进行，电极的腐蚀会进一步改变接触电阻的大小，形成恶性循环，进一步降低电渗固结效率。

鉴于接触电阻对电渗固结效率的重要影响，深入研究电渗固结中接触电阻的影响因素具有重大的实际意义。准确把握这些影响因素，有助于优化电渗固结工艺参数，如选择合适的电极材料和布置形式、调整通电方式等，从而降低接触电阻，提高电渗固结效率，减少能耗，降低工程成本。研究接触电阻的影响因素还能为电渗固结理论模型的完善提供依据，使理论模型更贴合实际工程情况，提高电渗固结效果的预测准确性，为软土地基处理工程的设计和施工提供更可靠的理论指导，推动电渗固结技术在软土地基处理领域的广泛应用与发展。

1.2国内外研究现状

电渗固结技术的研究历史悠久，国内外学者在该领域取得了丰富的成果。在电渗固结的基础理论方面，俄国科学家Reuss早在1807年便发现了电渗现象，为后续的研究奠定了基础。20世纪30年代，Casagrande等将电渗应用于实际加固工程，此后相关研究不断深入。在电渗固结过程中，电渗排水对土体加固起到关键作用，直流电场作用下，吸附阳离子的极性水分子形成水流并从阴极排出。众多学者对电渗固结过程中的各种现象和参数进行了研究，Wan等、申春妮等认为土体含水率的减少使其抗剪强度和粘聚力提高，这是电渗处理后地基强度提升的主要原因，Micic等、Glendinning等、Fourie等研究均表明土体的不排水剪切强度与含水率常呈负指数关系。

在电渗固结技术的应用研究方面，国内外也开展了大量的工作。电渗法在土木工程中的应用逐渐广泛，如在铁路挖方工程、围海围堰工程、软弱地基处理等项目中都有应用。在围海围堰工程中，将吹填沙袋坝和电渗技术结合，用电渗法处理细颗粒的海湾泥使其在短时间内完成固结，满足工程要求，实践证明其抗冲切能力强、安全性高。在沪杭复线软基问题处理中，通过延长电渗处理的工期，既达到了较好的固结效果，也降低电量消耗，达到经济实用的目的。

对于接触电阻的研究，国内外学者也有涉及。接触电阻是指在电极与土体之间，由于界面形貌不规整、表面污染以及氧化物形成等原因，导致电极表面与土体之间存在的一定电阻。相关研究表明，电极表面形貌对接触电阻的影响最为显著，电极表面越光滑，接触电阻就越小；电极材料的选择和电解质的选择也会对接触电阻产生一定的影响。在电渗联合真空排水的室内模型试验