电渗处理膨胀土的方法

摘要

一种电渗处理膨胀土的方法，其包括以下步骤：提供多个电渗电极，将该多个电渗电极打入膨胀土内形成一电极阵列，该电极阵列包括多行电渗电极；将该电极阵列中相邻的两行电渗电极分别连接一电源的正极和负极；将两根金属丝埋入膨胀土内，一根金属丝靠近一个连接正极的电渗电极，另一金属丝靠近一个连接负极的电渗电极；将该两根金属丝分别通过电压测量计与电源负极连接；对膨胀土进行电渗处理，电渗处理的步骤为：开启电源，记录与连接正极的电渗电极靠近的金属丝所连接的电压测量计的数值，一段时间后，当该电压测量计的数值下降到初始电压的40%~60%时，关闭电源，改变电极阵列中电渗电极连接的正负极；重复上述电渗处理的步骤。

权利要求

1.一种电渗处理膨胀土的方法，其包括以下步骤：

提供多个电渗电极及一电源，将该多个电渗电极打入膨胀土内形成一电极阵列，该电极阵列包括多行电渗电极，任意相邻的两行电渗电极分别连接电源的正极和负极；

将两根金属丝埋入膨胀土内，一根金属丝靠近一个连接正极的电渗电极，另一金属丝靠近一个连接负极的电渗电极；

将该两根金属丝分别通过电压测量计与电源负极连接；

对膨胀土进行电渗处理，电渗处理的步骤为：开启电源，记录与连接正极的电渗电极靠近的金属丝所连接的电压测量计的数值；当该电压测量计的数值下降到初始电压的

40％～60％时，关闭电源，改变电极阵列中电渗电极连接的正负极；以及多次重复上述电渗处理的步骤。

2.如权利要求1所述的电渗处理膨胀土的方法，其特征在于，电渗电极材料为铜或铁，每个电渗电极为一中空的管状结构，且管壁上设置有多个通孔。

3.如权利要求2所述的电渗处理膨胀土的方法，其特征在于，在电渗电极打入膨胀土之前，使用导电滤布将电渗电极包裹，然后再将导电滤布包裹后的电渗电极打入膨胀土内。

4.如权利要求2所述的电渗处理膨胀土的方法，其特征在于，电渗电极的外径为2厘米至20厘米，相邻的两个电渗电极之间的距离为0.5米至3米。

5.如权利要求1所述的电渗处理膨胀土的方法，其特征在于，所述膨胀土为一膨胀土地基，其表面为一水平面，所述多个电渗电极在打入膨胀土之后，垂直于膨胀土的表面。

6.如权利要求1所述的电渗处理膨胀土的方法，其特征在于，所述膨胀土为一膨胀土边坡，膨胀土包括一上表面及一斜坡，所述多个电渗电极打入该斜坡内并按照平行于膨胀土的上表面的方式排列形成电极阵列。

7.如权利要求6所述的电渗处理膨胀土的方法，其特征在于，所述多个电渗电极在电渗处理完成之后留在膨胀土边坡内，起到加筋作用，进一步加强边坡稳定性。

8.如权利要求1所述的电渗处理膨胀土的方法，其特征在于，所述金属丝的材料为导电金属，包括铜、铁和银，金属丝与电渗电极之间的距离为0.05米至0.1米。

9.如权利要求1所述的电渗处理膨胀土的方法，其特征在于，所述电压测量计为万用表，在连接时，万用表的正极连接一根金属丝，万用表的负极连接电源的负极。

10.如权利要求1所述的电渗处理膨胀土的方法，其特征在于，在电渗处理步骤中，膨胀土内发生出水现象，多次重复电渗处理的步骤直到膨胀土不出水为止。

说明书

电渗处理膨胀土的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电渗处理膨胀的方法。

背景技术

[0002] 膨胀土是一种具有特殊工程地质特性的土，其剧烈的失水收缩和吸水膨胀特性常常造成岩土工程灾害，例如房屋墙体的开裂、滑坡、地铁线路的滑塌等等。在我国南水北调中线工程途经河南、湖北等地的地段中存在大量的膨胀土边坡（地基），特别是南阳、邯郸、新乡等地，其膨胀土的自由膨胀率甚至可高达150%以上。

[0003] 膨胀土的膨胀机理主要有两种，可以分别用晶格扩张理论和扩散双电层理论解释。晶格扩张理论指出，粘土矿物，尤其是蒙脱土，具有明显的膨胀晶格构造，晶层与晶层之间通过以氧为公共原子相连接的弱键结合，联结力很弱，极性水分子很容易进入晶层之间，引起晶格扩张，体积膨胀；另外，由于晶格内部的硅离子被铝离子替代，或者铝离子被镁离子或铁离子替代，使得晶格内有负离子多余下来，钙、钠、镁、钾等离子就会被吸引进入晶层，这些离子与晶层底部的氧离子形成离子键，该离子键联结力非常弱，会有极性水分子进入晶层之间，形成扩散双电层，使得晶层扩张。

[0004] 为了解决膨胀土引起的灾害问题，目前较为成熟的改性方法是掺料法，即，通过将膨胀土与改性料材料混合，然后经过浸泡或者击实等方法进行处理，放置一段时间后该混合料的自由膨胀率即可得到一定程度的降低。用作改性料的材料主要有石灰、粉煤灰、水泥、碱渣、离子土壤强化剂、阳离子改性剂等，这些改性料材料通过复杂的化学反应、离子交换作用以及胶结作用使膨胀土颗粒收缩性减小，自由膨胀率降低。具体作用原理为：石灰、粉煤灰、水泥、碱渣等改性料材料掺入膨胀土后，膨胀土中粘土矿物分离出来的二氧化硅、氧化铝与石灰中的氧化钙反应形成水化硅和铝酸钙胶体，附着在土颗粒表面及颗粒之间，硬化后起着将土颗粒联结在一起的胶结作用，进而减小其膨胀特性。由改性料材料带入的钙、镁离子也会与粘土矿物晶层间的钠、钾离子发生离子交换，由于钙、镁与晶层底部氧离子形成的离子键比钠、钾与氧离子形成的离子键强，增强了晶层间的联结力，进而减小其膨胀率。

[0005] 然而，上述方法的研究大多是从膨胀土现场取土到实验室进行掺料试验，并没有针对现场膨胀土进行大规模处理，其现场施工方法和流程还有待进一步研究。

发明内容

[0006] 因此，有必要提供一种可以直接现场施工处理膨胀土的膨胀土处理方法。

[0007] 一种电渗处理膨胀土的方法，其包括以下步骤：提供多个电渗电极，将该多个电渗电极打入膨胀土内形成一电极阵列，该电极阵列包括多行电渗电极；将该电极阵列中相邻的两行电渗电极分别连接一电源的正极和负极；将两根金属丝埋入膨胀土内，一根金属丝靠近一个连接正极的电渗电极，另一金属丝靠近一个连接负极的电渗电极；将该两根金属丝分别通过电压测量计与电源负极连接；对膨胀土进行电渗处理，电渗处理的步骤为：开启电源，记录与连接正极的电渗电极靠近的金属丝所连接的电压测量计的数值，一段时间后，当该电压测量计的数值下降到初始电压的40%~60%时，关闭电源，改变电极阵列中电渗电极连接的正负极；重复上述电渗处理的步骤。

[0008] 本发明所提供的电渗处理膨胀土的方法，通过电渗的方法处理膨胀土，电渗电极可以直接打入膨胀土内对膨胀土进行处理，实现了对实际膨胀土的现场处理。且，本发明提供的膨胀土的处理方法操作简单，可以实现直接处理大面积的膨胀土。

附图说明

[0009] 图1是本发明实施例所提供的电渗处理膨胀土的方法在处理膨胀土时的施工结构俯视示意图。

[0010] 图2是图1的竖直剖面图。

[0011] 图3是本发明实施例提供的电渗处理膨胀土的方法在处理膨胀土边坡时的施工结构的剖面示意图。

[0012] 主要元件符号说明

[0013]膨胀土 10
电渗电极 100
第一电极引线 102
第二电极引线 104
电源 120
正极 122
负极 124
金属丝 140
电压测量计 160

[0014] 如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

[0015] 下面结合附图及具体实施例对本发明所提供的电渗处理膨胀土的方法做进一步详细说明。

[0016] 请参见图1，本发明实施例提供一种电渗处理膨胀土的方法，其包括以下步骤：

[0017] S1：提供多个电渗电极100及一电源120，将该多个电渗电极100打入膨胀土10内形成一电极阵列，该电极阵列包括多行电渗电极100，相邻的两行电渗电极100分别连接电源120的正极122和负极124；

[0018] S2：将两根金属丝140丝埋入膨胀土10内，一根金属丝140靠近一个连接正极122的电渗电极100，另一金属丝140靠近一个连接负极124的电渗电极100；

[0019] S3：将该两根金属丝140分别通过电压测量计160与电源120的负极124连接；

[0020] S4：对膨胀土10进行电渗处理，电渗处理的步骤为：开启电源120，记录与连接正极122的电渗电极100靠近的金属丝140所连接的电压测量计160的数值，一段时间后，当该电压测量计160的数值下降到初始电压的40%～60%时，关闭电源120，改变电极阵列中电渗电极100连接的正负极；

[0021] S5：重复上述电渗处理的步骤。

[0022] 在步骤S1中，所述膨胀土10可以为膨胀土地基或者膨胀土边坡。膨胀土地基是指所需要处理的膨胀土在土地的内部，膨胀土位于地平面以下。所述膨胀土边坡指所需要处理的膨胀土位于土地的边缘，即斜坡，如山体斜坡、河道斜坡等。每个电渗电极100为一中空的管状结构，且管壁上设置有多个通孔。所述电渗电极100为金属电极，其材料可以为铜或者铁。在电渗过程中，膨胀土中会出现渗水现象，通孔的作用为可以使水透过电渗电极100。通孔的排列方式不限，每个电渗电极100上的通孔个数也不限，只要具有较好的透水效果即可。在电渗电极100打入膨胀土10之前，使用导电滤布将电渗电极100包裹，然后再将导电滤布包裹后的电渗电极100打入膨胀土10内。导电滤布的作用为防止膨胀土10内的土质通过电渗电极100上的通孔渗到电渗电极100内，影响电渗电极100的使用性能。
电渗电极100的长度可以根据膨胀土10的深度而定。电渗电极100的外径不限，可以为2厘米至20厘米。多个电渗电极100打入膨胀土10内，形成一行列结构，及一电极阵列。所述电极阵列包括多行和多列电渗电极100，每行/每列电渗电极100的个数不限，可以根据膨胀土10的地表面积而定。电极阵列中的多个电渗电极100之间相互平行排列。同一行中和/或同一列中，相邻两个电渗电极100之间的距离为0.5米至3米。本实施例中，电渗电极100的个数为16个，在膨胀土10内形成一4×4的电极阵列，即4行和4列的结构，电渗电极100与其相邻的电渗电极之间的间距为1.5×1.5m。多个电渗电极100打入膨胀土
10之后，电渗电极100之间相互平行排列。如图1和图2所示，当膨胀土10的表面为一水平面时，多个电渗电极100在打入膨胀土10之后，可以垂直于膨胀土10的表面。可以理解，在别的实施例中，多个电渗电极100也可以与膨胀土10的表面呈一定角度设置，该角度的范围可以为大于等于45度小于等于90度。如图3所示，当膨胀土10为一膨胀土边坡时，膨胀土边坡包括一上表面及一斜坡，多个电渗电极100可以按照平行于膨胀土10的上表面的方式打入斜坡内并排列形成电极阵列。当然，电渗电极100也可以按照与斜坡表面呈一定角度的方式排列设置，该角度的范围可以为大于等于45度小于等于90度。当膨胀土10为膨胀土边坡时，电渗电极100打入斜坡内，电渗电极100除了用于排水固结和改性膨胀土
10之外，电渗处理膨胀土10之后可将电渗电极留在边坡中，起到加筋的作用，进一步增强边坡的强度和稳定性。

[0023] 所述电极阵列进一步包括两个电极引线，第一电极引线102及第二电极引线104。第一电极引线102及第二电极引线104分别与相邻两行的电渗电极100电连接。即，第一电极引线102与交替间隔设置的多行电渗电极100电连接，第二电极引线104与另一部分交替交个设置的多行电渗电极100电连接。所述相邻两行的电渗电极100分别通过第一电极引线102和第二电极引线104与电源的正极122和负极124电连接。本实施例中，第一电极引线102与正极122电连接，第二电极引线104与负极124电连接。所述电源120为一直流电源。

[0024] 在步骤S2中，所述金属丝140的长度不限，优选地，金属丝140的长度为2厘米至20厘米。金属丝140的材料可以为铜、铁等导电金属材料。金属丝140打入膨胀土的深度为1厘米至15厘米。金属丝140与电渗电极100之间相互平行。所述金属丝140与其相邻的电渗电极100之间的距离为0.05米～0.1米。本实施例中，金属丝140与其相邻的电渗电极100之间的距离为0.2米。

[0025] 在步骤S3中，所述电压测量计160为两个。一个电压测量计160一端通过导线连接一个金属丝140，另一端通过导线连接电源120的负极124。所述电压测量计160可以测出金属丝140与负极124之间的电势差。电压测量计160可以为万用表或者伏特表。金属丝140的作用为监测电渗电极100周围的电压，以判断电压损失情况，适时开展电极反转。本实施例中，电压测量计160为万用表，在连接时，万用表的正极连接金属丝140，万用表的负极连接电源120的负极124。

[0026] 在步骤S4中，所述电源120的电压与相邻两行的电渗电极100之间的距离有关，即相邻的两行电渗电极100中在同一列上的两个电渗电极100之间的距离。同一列上相邻两个电渗电极100之间的电压梯度为0.3～0.6伏/厘米。设定同一列上相邻两个电渗电极100之间的距离为D厘米，电源120的电压为0.3D伏～0.6D伏。优选地，电压梯度为0.5伏/厘米，即0.5D伏。当然，在实施过程中还需要考虑电压的安全问题，一般电压不超过100伏。本实施例中，同一列上相邻两个电渗电极100之间的距离为1.5米，即150厘米，因此，电源120所施加的电压为75伏。

[0027] 在上述电渗过程中，至少有三种作用同时可以降低膨胀土10的膨胀率：第一，在与电源120的正极122电连接的电渗电极100处会发生复杂的化学反应，产生碳酸钙、硫酸钙等新的化学物质，这些化学物质会降低膨胀土的黏粒含量，降低土体的自由膨胀率；第二，所述与电源120的正极122电连接的电渗电极100上的金属离子进入膨胀土内，与膨胀土原有的钠、钾等离子发生离子交换作用，增强膨胀土土体晶格间的联结强度，减小土体自由膨胀率；第三，在电场作用下，膨胀土土体微观结构会发生从絮状结构或紊流结构到粒状堆积结构的改变，进一步减小膨胀土的自由膨胀率。以上三种作用下，膨胀土的自由膨胀率和塑性指数会大幅降低，因此电渗可以对膨胀土起到非常好的改性作用。另外，在电渗过程中，膨胀土10内有水分渗出，即可以使膨胀土10内排出水分，电渗本身作为一种排水固结的地基处理方法，可以进一步使膨胀土10排水固结，提高膨胀土10的强度。

[0028] 在电场作用下，由于与电源120的正极122电连接的电渗电极100处的膨胀土先脱水，因此容易发生土体开裂，导致电渗电极100与膨胀土接触不牢，且由于与电源120的正极122电连接的电渗电极100产生腐蚀钝化等现象，导致其电阻不断增大，故而在电渗一段时间后，施加在膨胀土土体上的有效电压会急剧降低，排水效果下降，金属离子也难以脱离电极进入土体内进行改性。因此，当电压测量计160的数值下降到初始电压的40%～60%时，关闭电源120，改变电极阵列中电渗电极100连接的正负极，使原来连接正极122的电渗电极100连接负极124，原来连接负极124的电渗电极100连接正极122，即可以进一步处理原来连接负极124的电渗电极100附近的膨胀土，进一步降低膨胀土10的膨胀率。这种反转电极的方法可以通过改变电渗电极100连接的正负极，进行反向电渗，可以提高出水效率，同时对原来与负极124连接的电渗电极100附近的膨胀土进行同样的处理。

[0029] 在步骤S5中，可以多次重复步骤S4。即，改变电极阵列中电渗电极100连接的正负极之后，再进行同样的电渗处理步骤。可以多次重复步骤S4，直到膨胀土10不再出水或者基本不出水，停止电渗。

[0030] 本发明提供的电渗处理膨胀土的方法具有以下优点：第一，电渗电极可以直接打入膨胀土内对膨胀土进行处理，实现了对实际膨胀土的现场处理；第二，将电渗法的排水固结效果和对膨胀土的改性效果结合在一起，相对于现有技术中的的掺料改性方法而言，本发明的电渗方法改性效果更好，同时还能起到对地基进行加固的效果。第三，当电渗电极使用铜或者铁等金属电极时，电渗过程中会有金属离子进入，铜离子或铁离子同样会替代土体中的钠、钾离子，使晶层之间的联结力大幅增强，进一步减小土体的自由膨胀率。

[0031] 另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。