[科普中国]-电渗力

电渗力是在电场作用下，在土中插入金属电极，并通以直流电，土中水从阳极流向阴极，产生电渗，从而降低高黏性土的含水率或地下水位，以改善土性的加固方法。在土中插入金属电极，并通以直流电，在电场作用下，土中水从阳极流向阴极，产生电渗，从而降低高黏性土的含水率或地下水位，以改善土性的加固方法。

简介电渗力是一种利用电能对地基进行加固的地基处理方法，电渗力的历史可以追溯至 1809 俄国学者 Reuss 的研究工作，后来各国学者在其加固机理与应用方面开展了大量的研究工作。电渗力具有加固速度快，对细颗粒、低渗透性土有良好的加固效果等优点。由于电渗力需要消耗大量的电能，因此，在很长一段时间内，对电渗力的研究是以室内实验研究为主，而现场应用却不多见。随着我国港口建设的飞速发展，利用港池和航道疏浚土吹填造陆工程如雨后春笋般地不断涌现。疏浚土往往具有细颗粒、高塑性、低渗透等特性，采用常规排水固结法加固这种地基时，初期效果比较显著，但后期加固效果明显下降，表现为后期沉降缓慢，加固后的强度值较小，加固效果并非十分理想。电渗加固效果对土颗粒大小并不敏感，而且随着经济的发展和技术水平的提高，电渗力很可能成为此类土的一种高效且造价可以承受的地基加固方法。

电渗力加固机理电渗加固机理要从土的微观结构说起。土是固—液—气三相分散系。土的固相即土颗粒，其表面通常带有负电荷，在外加电场作用下，向电势高处运动，此现象称为电泳；土的液相即土中水，它极易和被溶解的物质如水中的阳离子结合成水化阳离子，在外加电场作用下，向电势低处运动，此现象称为电渗。土中水分为结合水和自由水。自由水是指在双电层影响以外的水，排水固结法排出的的水是自由水。结合水是受双电层影响， 吸附于土粒表面的水，可分为强结合水和弱结合水。强结合水很难排出， 但其性质已接近固体，因此不对土体加固产生影响；弱结合水因为受土粒静电场的影响，一般的排水固结法很难将其排出，但在外加直流电场的作用下，部分弱结合水可以摆脱静电场的束缚被排出，这是电渗力的优势所在，即电渗不仅可以排出自由水，还可以排出弱结合水。1

影响因素土体种类由电渗加固机理可知，电渗水流速度主要由电渗系数决定，与土体颗粒大小无关，而电渗透系数受到土体矿物种类、土体中离子的含量、土体含水量及土体固液交界面的动电电位等因素的影响。不同种类的土体电渗系数也不同。

电压梯度1996 年shang和 Dunlap研究发现，电流是电渗排水固结的驱动力，单位土体界面上电流的大小直接决定了电渗加固效果的好坏。2011 年国内焦丹和龚晓楠等人在不同初始条件及通电条件下进行电渗试验发现：高电压下土体排水量大于低电压，用时也比低电压短;增大电压可以提高电渗加固效果，电压增高也会导致能耗增大、电极腐蚀严重等问题。如何合理地提高电压，李瑛等在综合考虑电渗耗能、电极腐蚀等因素，得出最佳的电势梯度为1.25 V/cm。

电极腐蚀随着电渗固结的进行，电极的腐蚀程度逐渐加重，造成电极材料腐蚀剥落，降低了电极与土体的接触面积；再者，腐蚀生成了新的物质附着在电极表面，形成了新的电阻层，不利于土体的电渗排水固结。除此之外，电渗加固效果还与通电方式(如间歇通电、电极反转等)、电极材料(如铜、铁 EKG等)、电极布置形式(如梅花形、平行错位、1根阴极多根阳极等)及是否与其他工法结合等因素有关。

最新研究动态针对现今电渗力所存在的若干问题，许多学者进行了相关的研究。主要分为两个方面：一是改变电渗条件，二是加入其它物质。

改变电渗条件针对传统电渗固结理论与实际工程相差较大的问题， 2010 年胡黎明根据相关理论综合考虑了位移场、渗流场和电场的多场耦合作用下建立了电渗固结过程多场耦合控制方程，开发了有限元软件，并与理论结果进行对比分析，试验结果比较吻合。电渗加固过程中，前期加固效果显著，随着土体中水的排出，土体电阻增大，电渗加固效果越来越小，为解决这个问题，2014 年刘飞禹采用阳极跟进的技术进行电渗试验，发现阳极跟进办法能够降低阳极区的电阻，提高了电渗加固效果，且第 1 次阳极跟进作用效果最明显。阳极跟进技术能够在一定程度上提高电渗加固效果，但对实际工程的环境条件要求较高，不易操作，如何才能应用于实际工程，还要继续探索。大连理工大学的万勇等人以海相淤泥为试验对象，研究电势梯度对电渗效果的影响，发现高电势梯度电渗加固效果较好，但电渗耗能增加，电极腐蚀严重。刘飞禹等人则采用逐级增加电压的方式进行电渗试验，试验表明合理的逐级增加电压能够降低电能消耗，提高电渗排水效率。

加入其它物质电渗后期土体开裂，电阻增大，导致电渗耗能增加，增大了工程成本。宋忠强和闫雪梅等人 对电渗过程中形成的裂缝采用活性炭进行处理，提高了土体的排水量，减轻了电极的腐蚀程度，这也为提高电渗效率提供了一种新的思路。李聪等人将纳米蒙脱土拌入土体中进行电渗试验， 结果发现纳米蒙脱土可以提高土体抗剪强度， 但不利于土中水的排出，可能是由于蒙脱土遇水膨胀，堵塞了土中的排水孔道。拌入纳米蒙脱土的方式难以应用于实际工程，其可行性需要进一步的研究。另一方面，电场驱动纳米材料修复混凝土的报道对岩土工程很有启发意义，由于土体和混凝土一样都是多相多孔介质，如果往土体中注入带电的纳米材料，应该可以降低土体电阻，增大电流，加快土中水的排出速率。2

本词条内容贡献者为:

周敏 - 副教授 - 西南大学