專利名稱：一種防治土體液化對上部結(jié)構(gòu)物影響的電滲法保護方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土體液化破壞上部結(jié)構(gòu)物防治技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種防治土體液化對上部結(jié)構(gòu)物影響的電滲法保護方法。
背景技術(shù)：
地震或者振動誘發(fā)土體液化，土體液化后的流動大變形是強震中飽和砂土地基破壞的主要形式之一，會造成液化區(qū)構(gòu)建物的嚴重破壞和人員的重大傷亡。2008年5月12日發(fā)生在我國四川汶川的特大地震災害中，土體液化引起的地面沉降、地表裂縫、側(cè)移、噴砂冒水、房屋開裂等現(xiàn)象相當普遍，液化引起的破壞范圍也非常廣泛，涉及居民住宅、學校、工廠、橋梁和道路等。我國是世界上大陸地震最多的國家，很多大中型城市都廣泛分布著可液化土，一旦再有大規(guī)模破壞地震的發(fā)生，這些地區(qū)的工程構(gòu)建物將面臨地震液化流動大變形可能帶來的嚴峻考驗，需要引起足夠的重視。因此，如何有效處理可液化土層、防治地震中土體液化對上部構(gòu)建物的影響與破壞，是工程技術(shù)人員長期關(guān)注的重要課題之一。在本發(fā)明之前，中國申請專利“液化砂土地基的抗震處理方法”(申請?zhí)?201010265122. 5)公開了一種液化砂土地基的抗震處理方法，即采用振沖擠密砂樁和高強編織土工布進行處理，利用砂樁的振動和擠密作用對液化砂土層進行加密、充盈，使其性能指標達到不液化的程度。中國實用新型專利“高速鐵路液化土地基-路基抗震加固構(gòu)造” (專利號ZL200920176876. 6)公開了一種采用樁體穿越地基液化土層的基樁和水泥級配碎石加筋墊層處理高速鐵路液化地基-路基的抗震問題。這些措施在一定程度上可以減小砂土液化對上部結(jié)構(gòu)物的影響，但是由于液化土層深度不一，而采用這些處理方法往往費用較高，為了穿越液化土層，可能需要增加很長的樁長，甚至超過樁基施工的深度極限；同時基樁穿越液化土層段，砂土在地震作用下發(fā)生液化導致承載力下降等問題，在設(shè)計中不易計算和控制。中國專利“一種軟土地基的加固方法”(專利號ZL200810018498.9)公開了一種適用于以超細顆粒為主且固結(jié)系數(shù)極小的流泥、淤泥質(zhì)土地基的軟基加固組合方法 首先利用低位真空自載聯(lián)合預壓對場地軟土一次加固；其次真空預壓電滲法對場地軟土二次加固；然后利用真空電滲降水對泥封層加固；最后振動碾壓整平場地。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷，利用電滲場作用力對液化土層中水的流動方向進行控制，形成相對“硬化”層，使其在地震誘發(fā)土體液化時，超孔隙水壓力控制在“硬化”層以下，防治超孔隙水壓力消散對上部構(gòu)建物的沖擊和破壞；確保上部結(jié)構(gòu)物在主震過程中的整體穩(wěn)定性。
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一種防治土體液化對上部結(jié)構(gòu)物影響的電滲法保護方法，由直流電源、陰陽電極、 導線、感應電源開關(guān)以及地震波監(jiān)控裝置等組成。所述的直流電源電壓在120-M0 V之間，電流在60-200 A之間。所述的陰陽電極為耐腐蝕性能好的不銹鋼管，鋼管直徑在18-45 mm之間，長度根據(jù)需要處理保護的范圍來確定，一般在5-25 m之間；其中陽電極對稱分布在“硬化”層上下部，陰電極間隔分布在“硬化”層中間，并與陽電極構(gòu)成交錯三角形布置形式；“硬化”層厚度在0. 2-0. 5 m之間，當下臥可液化土層厚度大時，取大值。所述的地震波監(jiān)控裝置包括動震波監(jiān)控儀器，地震實時監(jiān)測警報系統(tǒng)和定時器等部分；當震波監(jiān)控儀器接收到主震前的震動信號時，傳輸給地震實時監(jiān)測警報系統(tǒng)進行分析判定，通過定時器等設(shè)備啟動感應電源開關(guān)。啟動開關(guān)后，通過直流電滲場作用下，在可液化土層上部形成一個“硬化”層，防止主震到達時引起的土體液化后超孔隙水壓力對上部結(jié)構(gòu)物的沖擊和破壞。本發(fā)明的優(yōu)點和效果在于通過在可液化土層上部設(shè)置陰陽電極，當主震地震波到達之前，由地震波實時監(jiān)控裝置啟動直流電源，接通直流電后陰陽電極之間產(chǎn)生電滲力， 強大的定向電滲力使土層形成相對更硬的“硬土”層；續(xù)而，當主震到達引起可液化土層液化時，超孔隙水壓力的消散被控制在電滲力作用形成的相對“硬土”層以下或者繞開結(jié)構(gòu)物保護段從別的地方消散，避免其對上部結(jié)構(gòu)物的沖擊和破壞。與常規(guī)復合地基技術(shù)處理可液化土層相比，本發(fā)明更環(huán)保、經(jīng)濟，且處理與控制效果好；與常規(guī)電滲法加快土體固結(jié)相比，本發(fā)明拓展了電滲法在土木工程領(lǐng)域的應用范圍。該方法施工工藝簡單、可操作性強， 便于質(zhì)量控制，經(jīng)濟效益及治理效果顯著。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意其中，1為上部結(jié)構(gòu)物(包括工業(yè)廠房、民用建筑、公路及鐵路路面結(jié)構(gòu)等)，2為基礎(chǔ)或路基結(jié)構(gòu)，3為直流電源，4為感應電源開關(guān)，5為導線，6為陽電極，7為陰電極，8為動震波監(jiān)控儀器，9為地震實時監(jiān)測警報系統(tǒng)，10為定時器，11為常規(guī)土層，12為“硬化”保護土層， 13為可液化土層，14為地表面，15為地下水位線。圖2為本發(fā)明的“硬化”層受力結(jié)構(gòu)及超孔隙水壓力消散路徑示意圖，其中，16為超孔隙水壓力消散路徑。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式
。本發(fā)明的保護范圍并不僅僅局限于本實施方式的描述。如圖1和圖2所示，布置在靠近上部結(jié)構(gòu)物1和基礎(chǔ)或者路基結(jié)構(gòu)2附近的地表面14上的動震波監(jiān)控儀器8連接著地震實時監(jiān)測警報系統(tǒng)9，地震實時監(jiān)測警報系9與定時器10連接著感應電源開關(guān)4，感應電源開關(guān)4連著直流電源3。在常規(guī)土層11底部、可液化土層13上部0. 2-0. 5 m厚土層選定為“硬化”保護土層12，并在該層上下部布置陽電極鋼管6、在該層中部布置陰電極鋼管7，由導線5連接感應電源開關(guān)4。
實施時，在建筑上部結(jié)構(gòu)物1和基礎(chǔ)或者路基結(jié)構(gòu)2之前，根據(jù)勘察結(jié)果，在常規(guī)土層11底部、可液化土層13上部0. 2-0.5 m厚土層選定為“硬化”保護土層12，并在該層上下部布置直徑在18-45 mm之間、長度在5_25 m之間的陽電極鋼管6、在該層中部布置直徑在18-45 mm之間、長度在5-25 m之間的陰電極鋼管7，陽陰電極交錯分布，間距在0. 5-2 m之間并由導線5連接到地表面14之上的感應電源開關(guān)4。在靠近上部結(jié)構(gòu)物1和基礎(chǔ)或者路基結(jié)構(gòu)2附近的地表面14上布置動震波監(jiān)控儀器8，連接動震波監(jiān)控儀器8、地震實時監(jiān)測警報系統(tǒng)9和定時器10。當震波監(jiān)控儀器8接收到主震前的震動信號時，傳輸給地震實時監(jiān)測警報系統(tǒng)9進行分析判定，通過定時器10等設(shè)備啟動感應電源開關(guān)4，接通直流電源3。啟動感應電源開關(guān)4后，在布置的陽電極6和陰電極7之間形成電滲力，強大的定向電滲力使土層形成相對更硬的“硬土”層12 ；因此，當主震到達引起可液化土層13液化時， 超孔隙水壓力16的消散被控制在電滲力作用形成的相對“硬土”層12以下或者繞開上部結(jié)構(gòu)物1保護段從別的地方消散，避免其對上部結(jié)構(gòu)物1的沖擊和破壞。從而確保上部結(jié)構(gòu)物在主震過程中的整體穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1. 一種防治土體液化對上部結(jié)構(gòu)物影響的電滲法保護方法，由直流電源、陰陽電極、感應電源開關(guān)以及地震波監(jiān)控裝置組成，其特征在于利用直流電滲場作用力對液化土層上部水的流動方向進行控制，形成相對“硬化”層，使其在地震誘發(fā)土體液化時，超孔隙水壓力控制在“硬化”層以下或者繞開結(jié)構(gòu)物保護段從別的地方消散，防治超孔隙水壓力消散對上部構(gòu)建物的沖擊和破壞；所述的直流電源電壓在120140 V之間，電流在60-200 A之間； 所述的陰陽電極為耐腐蝕性能良好的不銹鋼管，鋼管直徑在18-45 mm之間，長度在 5-25 m之間；其中陽電極對稱分布在“硬化”層上下部，陰電極間隔分布在“硬化”層中間， 并與陽電極構(gòu)成交錯三角形布置形式；“硬化”層厚度在0. 2-0. 5 m之間。
全文摘要
一種防治土體液化對上部結(jié)構(gòu)物影響的電滲法保護方法，通過在可液化土層上部設(shè)置陰陽電極，當主震地震波到達之前，由地震波實時監(jiān)控裝置啟動直流電源，接通直流電后陰陽電極之間產(chǎn)生電滲力，強大的定向電滲力使土層形成相對較硬的“硬土”層；續(xù)而，當主震到達引起可液化土層液化時，超孔隙水壓力的消散被控制在電滲力作用形成的相對“硬土”層以下或者繞開結(jié)構(gòu)物保護段從別的地方消散，避免其對上部結(jié)構(gòu)物的沖擊和破壞；確保上部結(jié)構(gòu)物在主震過程中的整體穩(wěn)定性。本發(fā)明方法環(huán)保、經(jīng)濟，施工工藝簡單、可操作性強，便于質(zhì)量控制，處理與控制效果好，且經(jīng)濟效益及治理效果顯著。
文檔編號E02D27/32GK102392439SQ20111035649
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者孔綱強 申請人:河海大學