缺陷路基性能劣化特征及电渗改良技术

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运营期的公路受到环境-荷载耦合效应的作用,其路基的内部状态如含水率、应力状态、密实度等均会产生不同程度的变化。部分路段存在回填缺陷路基,该类路基出现了与一般路基不同的劣化特征。路基性能劣化是造成路面损坏的重要因素,但目前针对回填缺陷路基及其非开挖处治技术的研究较少。
  基于此,本文通过现场调研与室内试验明确缺陷路基性能劣化特征,针对其劣化特征提出电渗改良技术,通过数值模拟和室内模型试验分析缺陷路基电渗改良效果和影响因素,比选合适的电极材料、电源形式等,提出适合长期应用的电渗改良技术。主要研究成果如下:
  (1)现场调研发现回填缺陷路基主要包括含水率过高或素土回填两类修筑缺陷。运营多年后缺陷路基含水率显著高于一般路基。结合室内试验结果可知,含水率变化导致缺陷路基运营多年后回弹模量远小于一般路基,因此降低缺陷路基含水率是提高路基性能的关键。
  (2)为实现非翻挖条件下降低路基含水率,提出了缺陷路基电渗改良技术,并通过数值模拟分析该技术的改良效果。在考虑基质势影响的前提下,建立了受电场、渗流场耦合作用的缺陷路基电渗水分迁移模型。研究表明该模型能较好地描述电渗过程中的水分迁移规律,阴极、阳极实测体积含水率与仿真值的平均差值分别为1.4%、-1.1%。此外电渗时缺陷路基中的水分能否排出,主要受控于初始含水率和加载电压。
  (3)通过室内模型试验,探究了初始含水率、加载电压和电极材料对电渗改良效果的影响,并根据电势损失变化规律分析各因素的影响机理。试验结果表明:初始含水率越高,土体电势损失越小,改良效果越好。铁电极改良过程中腐蚀严重,电势损失较大,而石墨仅产生少量分解,电势损失较小。因此推荐采用石墨等惰性电极作为长期电渗改良的电极材料。
  (4)研发了一种由碳纤维布包裹塑料盲管组成的新型电极,该电极与石墨电极的改良效果差异不大。比较了间歇通电和连续通电模式下的电渗改良效果,间歇通电电势损失小、改良效果好。在此基础上提出了采用太阳能供电的缺陷路基长期电渗改良技术方案。缺陷路基长期电渗改良可有效降低土体上部湿度,试验中后期电渗改良土体上部体积含水率比自然排水条件下低10%以上。
  本研究成果对路基的性能劣化特征、电渗过程中水分迁移规律、缺陷路基处治技术等工程技术和学术问题具有一定参考价值。
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