土体电势场分布与承载力之间关系的分析与研究.docx

    土体电势场分布与承载力之间关系的分析与研究    摘要：通过模拟电势场的分布来更好的解释土体加固后承载力的分布规律利用Matlab对不同时刻、不同截面的电势场进行模拟，得出电势场的分布规律通过对比承载力的分布与电势场的分布，可知电势场与承载力存在一定的相关性，电势场越强最终的加固效果越好，承载力越大关键词：电势场分布；土体加固；承载力1、引言基于电势场分布模拟的需要，利用自制试验装置对钠基膨润土进行三组室内试验，对试验装置进行改进，分析试验过程中裂缝发展及表面沉降等，并对试验过程中的电流变化，排水量，排水速率，电势损失及孔隙水pH值等进行分析针对电渗过程中电场分布问题进行数值模拟，首先对轴对称电极布置情况进行一维电势场模拟，然后根据苏金强对电渗固结理论[1]中所采用的二维模型进行二维电势场模拟[2]，之后依据所用试验模型，对试验进行三维电渗场模拟，并与试验结果进行对比，验证模拟结果的可靠性2、基于Matlab一维电势场模拟2.1基本假定为对电渗作用下的一维电势场进行模拟，得出电渗过程中的电势场分布，需做以下假设：1.假设土为均质、理想的弹性材料；2.土体内各位置温度场一致；3.土体变形属于小变形；4.土的固相与液相均不可压缩；5.土的渗透服从Darcy定理；6.变形过程中土的渗透系数与压缩系数为常数。

7.忽略电渗加固过程中土体裂缝对电势的影响；8.忽略土体内发生的化学反应、相变、土颗粒因电泳、离子移动等产生的电流等因素对电势的影响；9.忽略电势在加固过程中各方向间的相互影响2.2不同方向的电势曲线拟合基于已有的试验数据，如图1所示，分别对电渗[3]过程中的x，y方向的电势进行曲线拟合根据试验过程中的电势分布情况，经过拟合后，发现对x方向的电势分布进行指数函数形式拟合，y方向进行二次函数拟合，根据拟合结果，通过编程，对电势场的空间分布情况进行求解对x，y方向分别选与的曲线模型，根据不同时刻不同数据的拟合结果，对其进行取平均值，最终得到不同时刻x，y方向的拟合函数选取t=0h时间节点，分别对不同时刻的x，y方向的电势进行拟合2.3一维电势场分布模拟根据以上对不同时间点x，y方向对电势分布的拟合结果，由Matlab求解得到空间电势场的分布如图2所示，为试验t=0h的电势场分布对比图1与图2可知，通过Matlab计算得到的电势场分布与实际测得的电势场分布基本一致试验过程中，因为默认阳极位置的电势为输入电压，即为30V，阴极位置的电势默认为0V，故与图1中给出的电势变化趋势相同由图2可知，0h时，阳极位置处的电势最高为30V，阴极位置处的电势为0V，与实际监测到的最高电势值、最低电势值相同。

故通过Matlab对电势场的模拟，通过假定条件，可以较准确的模拟出电势场的分布情况，与实际监测结果较为吻合图1电势变化图图2电势场分布图3、电势场分布与承载力间的关系对比图3与图4可知，电势场的分布与承载力的分布存在一定的相关性电势场的场强最大位置处出现在阳极附近，然后沿着电极直线逐步衰减，对比图3，阳极区域的加固强度最大，阴极最小图3电势场分布平面图图4承载力分布图4、结论（1）利用Matlab对电势场的模拟，电势场分布与实际监测电势的分布基本一致2）对比承载力分布的等值线与电势场分布图可以看出，土体的加固效果很大程度上受电势场分布的影响，电势场越强，最终的加固效果越好3）电势场自阳极至阴极呈逐渐递减的趋势，但电极连线间的电势场强度在该横截面的数值最大，故通过电势场的分布可以更好的解释土体加固后承载力的分布规律参考文献：[1]苏金强，王钊.电渗的二维固结理论[J].岩土力学，2004，25（1）：125-131.[2]余飞，王小刚，陈善雄等.软土电化学桩加固室内模型试验研究[J].岩石力学与工程学报，2013，32（增1）：2716-2722.[3]王宁伟，张雷，修彦吉，矫军.非饱和黏性土电渗排水试验[J]，工程力学，2013，30（增）：191-194.  -全文完-。