《太阳能电渗固结软土地基的方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《太阳能电渗固结软土地基的方法.pdf（11页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN103898894A43申请公布日20140702CN103898894A21申请号201410144402922申请日20140411E02D3/1120060171申请人清华大学地址100084北京市海淀区北京10008482信箱72发明人胡黎明吴辉74专利代理机构深圳市鼎言知识产权代理有限公司44311代理人哈达54发明名称太阳能电渗固结软土地基的方法57摘要一种太阳能电渗固结软土地基的方法，其包括以下步骤提供多个阳极装置及多个阴极装置，所述阳极装置包括一阳极，所述阴极装置包括一阴极；将阳极装置及阴极装置打入软土地基中，并使阳极装置和阴极装置规律排列；提供一太阳能电池，。
2、其包括正极和负极，将多个阳极装置连接所述正极，将多个阴极装置连接所述连接负极；利用太阳能电池的能量与日照强度的关系实现间歇通电，对软土地基进行多次间歇电渗处理，以固结所述软土地基。51INTCL权利要求书2页说明书5页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图3页10申请公布号CN103898894ACN103898894A1/2页21一种太阳能电渗固结软土地基的方法，其包括以下步骤提供多个阳极装置及多个阴极装置，所述阳极装置包括一阳极，所述阴极装置包括一阴极；将阳极装置及阴极装置埋入软土地基中，并使阳极装置和阴极装置规律排列；提供一太阳能电池，其包括。
3、正极和负极，将多个阳极装置连接所述正极，将多个阴极装置连接所述负极；利用太阳能电池的能量与日照强度的关系实现间歇通电，对软土地基进行多次间歇电渗处理以固结所述软土地基，所述间歇电渗的步骤包括日照强度强，利用太阳能电池吸收太阳能，使阳极装置和阴极装置之间产生电流，对软土地基进行电渗处理，在阴极装置中产生水分；将阴极装置中的水分不断抽出；以及日照强度减弱或消失，软土地基中的剩余水分重新均匀分配。2如权利要求1所述的太阳能电渗固结软土地基的方法，其特征在于，所述阳极和阴极位于软土地基深处，阳极和阴极位于一平面P下部，平面P位于软土地基表面下部。3如权利要求2所述的太阳能电渗固结软土地基的方法，其特征。
4、在于，所述阳极装置和阴极装置垂直于软土地基表面，所述平面P平行于软土地基表面，平面P与软土地基表面之间的距离为05米2米。4如权利要求2所述的太阳能电渗固结软土地基的方法，其特征在于，所述阳极装置包括一阳极及一阳极附加部，阳极和阳极附加部在P1点连接，阳极装置埋入软土地基中，阳极位于远离软土地基表面的深处；所述阴极装置包括一阴极及一阴极附加部，阴极和阴极附加部在P2点连接，阴极装置埋入软土地基中，阴极位于远离软土地基表面的深处；P1点和P2点位于所述平面P上。5如权利要求4所述的太阳能电渗固结软土地基的方法，其特征在于，所述阴极为一中空的管状结构，且管壁上设置有多个通孔；所述阴极附加部为一中空。
5、管状结构，且管壁上设置有多个通孔，阴极外表面被一导电滤布包裹，所述阴极附加部的材料为绝缘材料。6如权利要求5所述的太阳能电渗固结软土地基的方法，其特征在于，所述阴极通过一阴极引线与太阳能电池负极电连接，该阴极引线穿过所护阴极附加部的内部。7如权利要求2所述的太阳能电渗固结软土地基的方法，其特征在于，在所述使阳极装置和阴极装置之间产生电流的步骤中，在阳极和阴极之间形成电场，该电场位于平面P以下位于阴极和阳极之间，电场所覆盖的软土区域发生电渗，在电渗过程中，软土地基中的水分不断由阳极向阴极转移。8如权利要求1所述的太阳能电渗固结软土地基的方法，其特征在于，将阳极装置及阴极装置埋入软土地基后，相邻的。
6、阳极装置和阴极装置之间的距离相同，为05米3米。9如权利要求1所述的太阳能电渗固结软土地基的方法，其特征在于，将阳极装置及阴极装置埋入软土地基后，阳极装置排列形成多个六边形单元，每个阴极装置位于该六边形单元的中心位置，一个阴极装置对应两个阳极装置。10如权利要求1所述的太阳能电渗固结软土地基的方法，其特征在于，在软土地基中，阳极装置和阴极装置交替排列形成多个行和列，行列之间相互垂直。11如权利要求1所述的太阳能电渗固结软土地基的方法，其特征在于，在软土地基权利要求书CN103898894A2/2页3中，阳极装置排列形成多个方形单元，阴极装置位于方形单元的中心位置。12如权利要求1所述的太阳能电。
7、渗固结软土地基的方法，其特征在于，在所述将阴极装置中的水分不断抽出的步骤中，进一步包括提供一抽水泵，该抽水泵包括多个抽水管，将每个水管延伸至阴极装置内部，并将阴极装置内部的水抽出。权利要求书CN103898894A1/5页4太阳能电渗固结软土地基的方法技术领域0001本发明涉及一种太阳能电渗固结软土地基的方法。背景技术00021809年，俄国学者REUSS发现了在土中通电后引起的电渗现象，而后引发了大量关于电渗现象的研究。1938年，CASSAGRANDE首次将电渗法应用于实际工程中，通过在地基中施加外加电场，将土中的孔隙水逐渐运移到阴极并排出，以达到使地基排水固结、强度提高的效果。随后，电渗。
8、法开始作为一种软土地基处理技术逐步在各国得到研究和应用。研究发现，软粘土体的电渗透系数稳定，基本维持在105104CM2/VS的范围内，这个特性使得电渗法在处理渗透系数低的软粘土地基时具有非常好的效果。0003电渗法在应用过程中会消耗大量电能，导致电渗成为一种成本较高的软土地基处理方法。而且，电渗法主要应用于渗透系数较小、强度低的软粘土地基中，这些场地大多分布在我国沿海地区，并且多集中于我国南部，很多都远离城市，较为偏远。为了利用电渗法对这些软土地基进行处理，需要将配套设施运输到这些场地，并且需要搭设电线，将电能输送到需要处理的场地，这些沿程设施费用、运输费用以及电能输送损耗，进一步增加了电渗。
9、法的成本。发明内容0004因此，有必要提供一种成本较低，节约能源的固结软土地基的方法。0005一种太阳能电渗固结软土地基的方法，其包括以下步骤提供多个阳极装置及多个阴极装置，所述阳极装置包括一阳极，所述阴极装置包括一阴极；将阳极装置及阴极装置打入软土地基中，并使阳极装置和阴极装置规律排列；提供一太阳能电池，其包括正极和负极，将多个阳极装置连接所述正极，将多个阴极装置连接所述连接负极；利用太阳能电池的能量与日照强度的关系实现间歇通电，对软土地基进行多次间歇电渗处理，以固结所述软土地基。0006本发明所提供的太阳能电渗固结软土地基的方法，利用太阳能实现对软土地基的电渗处理，无需从额外提供电源，使固。
10、结软土地基的方法成本大幅度降低；利用太阳能与日照强度的关系实现间歇通电，对软土地基间歇电渗处理，提高了电渗效率。附图说明0007图1是本发明实施例所提供的太阳能电渗固结软土地基的方法在处理软土地基时的施工结构俯视示意图。0008图2是图1的竖直剖面图。0009图3是本发明另一实施例提供的太阳能电渗固结软土地基的方法中，阳极装置和阴极装置排列形成多个行和列时的施工结构俯视示意图。0010图4是本发明另一实施例提供的太阳能电渗固结软土地基的方法中，阳极装置排说明书CN103898894A2/5页5列形成方形，阴极装置位于方形中心时的施工结构俯视示意图。0011图5是本发明实施例所提供的太阳能电渗固。
11、结软土地基的方法中抽水泵与阴极装置连接时的剖面示意图。0012主要元件符号说明软土地基10阳极装置12阳极122阳极附加部124阳极引线126阴极装置14阴极142导电滤布142A阴极附加部144滤布144A螺栓144C阴极引线146太阳能电池16电能测量计18抽水泵20抽水管202地面沉降杆22结点P1，P2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0013下面结合附图及具体实施例对本发明所提供的太阳能电渗固结软土地基的方法做进一步详细说明。0014请参见图1及图2，本发明实施例提供一种太阳能电渗固结软土地基的方法，其包括以下步骤S1提供多个阳极装置12及多个阴极装置14，。
12、所述阳极装置12包括一阳极122，所述阴极装置14包括一阴极142；S2将阳极装置12及阴极装置14打入软土地基10中，并使阳极装置12和阴极装置14规律排列；S3提供一太阳能电池16，其包括正极和负极，将多个阳极装置12连接所述正极，将多个阴极装置14连接所述负极；S4利用太阳能电池16的能量与日照强度的关系实现间歇通电，对软土地基10进行多次间歇电渗处理，所述间歇电渗的步骤包括S41日照强度强，利用太阳能电池16吸收太阳能，使阳极装置12和阴极装置14之间产生电流，对软土地基10进行电渗处理，在阴极装置14中产生水分；S42采用抽水管将阴极装置14中的水分不断抽出；以及S43日照强度减弱或。
13、消失，软土地基10中的剩余水分重新均匀分配。0015在步骤S1中，所述阳极装置12包括一阳极122及一阳极附加部124。阳极122与阳极附加部124在结点P1处相互连接。所述阳极122为一长条状结构，可以为管状、柱状、线状等结构。所述阳极122的材料为金属，可以为铜、铁、合金等。本实施例中，所述阳极122说明书CN103898894A3/5页6为一钢筋条。阳极122的长度不限，可根据需要处理的软土地基10的深度而定。所述阳极附加部124为一长条状结构，可以为管状、柱状、线状等结构。所述阳极附加部124的材料不限，可以为绝缘材料或导电材料。绝缘材料可以为塑料、橡胶、陶瓷等。导电材料可以为金属。阳。
14、极附加部124的材料可以与阳极122相同。所述阳极附加部124的长度不限，可根据软土地基10的深度而定。阳极附加部124和阳极122可以为一体成型的结构，如一根较长的钢筋条。阳极122和阳极附加部124的长度比例可以根据软土地基10的深度调整。阳极附加部124的材料也可以和阳极122不同，本实施例中，阳极附加部124为一PVC管，在结点P1处与钢筋条阳极122连接，阳极122和阳极附加部124的长度相同。0016所述阴极装置14包括一阴极142及一阴极附加部144。阴极142与阴极附加部144在结点P2处相互连接。所述阴极142为一中空的管状结构，且管壁上设置有多个通孔。所述阴极142为金属电。
15、极，其材料可以为铜或者铁。在电渗过程中，靠近阳极122的软土中的水分向靠近阴极142的方向转移，从而靠近阴极142软土地基10中会出现渗水现象，通孔的作用为可以使水透过阴极142，储存在阴极142的管状结构中。通孔的排列方式不限，每个阴极142上的通孔个数也不限，只要具有较好的透水效果即可。阴极142的外径不限，可以为2厘米至20厘米。阴极142的长度不限，可根据需要处理的软土地基10的深度而定。在阴极142打入软土地基10之前，使用导电滤布142A将阴极142包裹，然后再将导电滤布142A包裹后的阴极142打入软土地基10内。导电滤布142A的作用为防止软土地基10内的土质通过阴极142上的。
16、通孔渗到阴极142内，影响阴极142的使用性能。本实施例中，阴极142为一铜管，铜管的表面被导电滤布142A包裹。所述阴极附加部144为一中空的管状结构，其外径可以与阴极142的外径相同。所述阴极附加部144的材料为绝缘材料。绝缘材料可以为塑料、橡胶、陶瓷等。所述阴极附加部144也可以为导电材料，当其为导电材料时，阴极附加部144和阴极142通过一绝缘体144C相互绝缘设置。所述绝缘体144C可以为陶瓷、木、塑料等材料。所述阴极附加部144的长度不限，可根据软土地基10的深度而定。阴极附加部144的管壁上可进一步包括多个通孔。当阴极附加部144的管壁上包括多个通孔时，在阴极装置14打入软土地基。
17、10之前，阴极附加部144被滤布144A包裹。所述滤布144A可以为导电滤布。导电滤布应该与阴极142绝缘设置。阴极附加部144外面的滤布144A也可以为绝缘滤布。阴极142和阴极附加部144的长度比例可以根据软土地基10的深度调整。本实施例中，阴极附加部144为一PVC管，管壁上设置有多个通孔，该PVC管被导电滤布所包裹，阴极附加部144和阴极142的长度相同，阴极附加部144和阴极142通过一螺栓相互链接。0017在步骤S2中，阳极装置12和阴极装置14打入软土地基10中并以一定规律排列，形成阵列。阳极装置12埋入软土地基10中，阳极122在远离地表的深处，阳极附加部124靠近地表设置。阳。
18、极122和阴极142的长度相同。阴极装置14埋入软土地基10中，阴极142在远离地表的深处，阴极附加部144靠近地表设置。阳极122和阴极142均位于软土地基10的深处。所述阳极122和阴极142位于软土地基深处，阳极122和阴极142位于一平面P下部，平面P位于软土地基表面下部。阳极122与阳极附加部124的结点P1和阴极142与阴极附加部144的结点P2处于同一平面P上。本实施例中，阳极装置12和阴极装置14整体相互平行，且垂直于软土地基10的地表面。平面P与软土地基10的地表面相互平行。平面P与软土地基10的地表面之间的距离可根据实际情况调整，优选地，该距离可以说明书CN10389889。
19、4A4/5页7为05米2米。所述阳极装置12和阴极装置14在软土地基10中形成的阵列中，相邻的阳极装置12和阴极装置14之间的距离相同，以在软土地基10中形成均匀的电场。相邻的阳极装置12和阴极装置14之间的距离可根据实际情况调整，优选地，该距离为05米3米。请参见图1，在软土地基10中，阳极装置12排列形成多个六边形单元，阴极装置14位于该六边形单元的中心位置，相当于一个阴极装置14对应两个阳极装置12。请参考图3，在软土地基10中，阳极装置12和阴极装置14交替排列形成多个行和列，行列之间相互垂直，即，阳极装置12和阴极装置14为一一对应的关系。请参见图4，在软土地基10中，阳极装置12排。
20、列形成多个方形单元，阴极装置14位于方形单元的中心位置，方形可以为正方形或者长方形，这种排列方式相当于一个阳极装置12对应一个阴极装置14。当然，阳极装置12和阴极装置14在软土地基10中的排列方式不限于上述几种情况，只要阳极装置12和阴极装置14在软土地基10中规律排列，且相邻的阳极装置12和阴极装置14之间的距离相等即可。0018在步骤S3中，阳极装置12和阴极装置14分别通过电极引线与太阳能电池16连接。所述电极引线包括阳极引线126和阴极引线146。阳极引线126与阳极122电连接，阴极引线146与阴极142电连接。多个阳极122可以分别通过多根阳极引线126与太阳能电池16的正极电连。
21、接；也可以先通过一根阳极引线126串联，然后再连接到正极。多个阴极142可以分别通过多根阴极引线146与太阳能电池16的负极电连接；也可以先通过一根阴极引线146串联，然后再连接到负极。所述阳极引线126插入软土地基，与软土地基10下方的阳极122连接。优选地，当阳极附加部124为一管状结构时，阳极引线126可以从该管状结构的内部空间穿过后与阳极122电连接，这样阳极附加部124还可以起到保护阳极引线126的作用，而且阳极引线126更容易延伸到软土地基10的内部。所述阴极引线146插入软土地基，与软土地基10下方的阴极142连接。优选地，由于阴极附加部144为一管状结构，阴极引线146可以从该。
22、管状结构的内部空间穿过后与阴极142电连接，这样阴极附加部144还可以起到保护阴极引线146的作用，而且阴极引线146更容易延伸到软土地基10的内部。0019在阴极142和太阳能电池16的负极之间可进一步连接一电能测量计18，电能测量计18的作用为检测负极和阴极142之间的通电情况，以判断太阳能电池16是否在正常工作。电能测量计18可以为伏特表、电流表或者万用表等。本实施例中采用电流表。0020在步骤S4中，进一步在软土地基10的表面设置多个地面沉降杆22。地面沉降杆22垂直插入软土地基10中，并在软土地基10的表面均匀分布。地面沉降杆22的作用为标识软土地基10在固结过程中的下降幅度。地面沉。
23、降杆22的表面可设置刻度，以清楚观察软土地基10的表面下降幅度。地面沉降杆22个数可根据被处理的软土地基10的面积而定，一般12平方米设置一个地面沉降杆22。0021在步骤S41中，日间，太阳能电池16吸收太阳能，产生电能，使阳极装置12的阳极122和阴极装置14的阴极142之间产生电场。由于阳极122和阴极142位于软土地基10地表以下的深处，电场位于阳极122和阴极142之间，因此，电场位于软土地基10的远离地表的深处。阳极122和阴极142之间的电场所覆盖的软土区域发生电渗，即平面P以下的区域。在电渗过程中，软土地基10中的水分不断由阳极122向阴极142转移，软土地基10土体中逐渐产生。
24、负的超静孔压，增大有效应力引起土体固结。同时，上部未电渗部分土体中说明书CN103898894A5/5页8的水分也会逐渐向下运移至电渗区域，并在电场作用下逐渐由阳极122向阴极142转移。水分通过阴极142上的小孔渗透至阴极142管中。随着电渗的进行，具有管状结构的阴极装置14的内部储存电渗产生的水分。0022在步骤S42中，请参见图5，进一步提供一抽水泵20，该抽水泵20包括多个抽水管202。每个抽水管202延伸至阴极装置14中。抽水管202的个数与阴极装置14的个数可以相同。抽水泵20可以连续工作，持续从阴极装置14中抽水。也可以间歇抽水，即当水分储存到一定量时，开始抽水，水位下降至一定量。
25、时，停止工作。在此过程中，由于平面P以下的软土地基10中的水分被不断抽出，使平面P下移，从而导致平面P以上的软土土体整体下降，软土地基10的表面下降。地面沉降杆22用于测量出软土地基10的表面下降的程度。优选地，抽水泵20可以选择太阳能泵，即，利用太阳能工作的抽水泵。在上述电渗处理固结软土地基10的过程中，不同于现有技术中的对地基整体均进行电渗处理，本发明中电场施加在软土地基10的一定深度处，可以有效防止被电渗处理的土体的开裂现象，以及防止其与软土土体与电极脱离，保证电渗效率。0023在步骤S43中，在夜间，光照消失，太阳能电池16不再产生电能，阳极122和阴极142之间的电场消失。由于在电渗。
26、的过程中，软土地基10内的水分从阳极122向阴极142转移，在阴极装置14中产生蓄水，并在阴极装置14中被抽走，因此，电渗停止之后，土体中存在从阴极142向阳极122的水头梯度，即软土地基10中的含水量从阴极142向阳极122逐渐减小。故，土体中的孔隙水缓慢由阴极142向阳极122运移，使得第二天再次开始电渗时，土体中的孔隙水分布更加均匀，这样一定程度的减轻了由于阳极122附近土体太干而导致的电势损失过大现象，提高了电渗效率。0024在步骤S4中，多次进行上述间歇电渗处理软土地基10的步骤，即，保持太阳能电池16工作多个昼夜，或多个间歇循环。当软土地基10的表面不再下降或者基本不再下降时，停止。
27、电渗。0025本发明所提供太阳能电渗固结软土地基的方法具有以下优点第一，利用太阳能电池，将太阳能转换为电能应用于电渗排水，由于太阳能是一种天然的清洁能源，本发明节省了大量电能，并且更加环保。第二，利用太阳能昼夜循环特性，可自动实现电渗过程中的间歇通电技术。在白天电渗过程中，随着水不断由阳极向阴极运移，土体中逐渐产生负的超静孔压，增大有效应力引起土体固结。同时，土体上部区域内水分也会逐渐向下运移并被排出，使地基整体均得到处理。而到了晚上电渗结束后，土体中存在从阴极向阳极的水头梯度，土体中的孔隙水缓慢由阴极向阳极运移，使得第二天再次开始电渗时，土体中的孔隙水分布更加均匀，这样一定程度的减轻了由于阳。
28、极附近土体太干而导致的电势损失过大现象，提高了电渗效率。第三，本发明中抽水装置可以采用太阳能泵，所有设施都不需要太阳能之外的能源，因此本系统工作时间长，维护费用低。第四，本方法施工简单，不需要运输电源设施，不需要布设电线运输电能，减少了采用电渗法处理软土地基的前期成本，尤其是在处理偏远地区的软土地基时，成本大大降低。第五，本系统安装成功后即可自行开始电渗排水固结，节省了人工费用。第六，太阳能电池板及太阳能泵等设施电渗之后可以回收重复利用，节能环保，降低成本。0026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。说明书CN103898894A1/3页9图1图2说明书附图CN103898894A2/3页10图3图4说明书附图CN103898894A103/3页11图5说明书附图CN103898894A11。