專利名稱：軟巖的電化學加固方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖體加固技術(shù)領(lǐng)域,它具體涉及一種軟巖的電化學加固方法，尤其適用于 遇水軟化和膨脹的軟巖工程巖體的加固，對于徹底解決軟巖工程中的加固難題具有重要 的實用價值。
背景技術(shù)：
巖土工程的巷道建設(shè)中，經(jīng)常會遇到一種不良的巖體——軟巖。這種巖體往往含有 豐富的粘土礦物，通常為三大類高嶺石類，伊利石類和蒙脫石類。在三種石類中又以 蒙脫石類的性能最差，它是一種物理化學性質(zhì)極端活i發(fā)的物質(zhì)，它極易吸水膨脹，產(chǎn)生
膨脹應(yīng)力使軟巖巷道產(chǎn)生大變形；且吸水后的巖石強度迅速降低，導(dǎo)致巖體失穩(wěn)而坍塌，
造成安全事故，危機人身安全。
在工程中對軟巖巷道加固支護處理的方法通常有①錨噴加固通常對開挖的軟巖 巷道釆取噴射混凝土進行防水，通過錨桿、鋼筋網(wǎng)、型鋼以及混凝土來對圍巖進行加固， 從而達.到支護加固的目的；②U型鋼支架加固U型鋼架需根據(jù)軟巖的膨脹性特點來制 定，且支架需具有收縮性、有較高的初承力和支撐能力；③砌墻加固通常為在軟巖 巷道內(nèi)貼近圍巖砌鋼筋混凝土墻來進行加固。
以上所述的加固方法只是從力的平衡角度來進行加固的，并未從改善軟巖本身的力 學特性和物理化學性質(zhì)的角度來解決問題；此外，用上述方法進行加固往往只能維持一 段時間，如錨噴加固的防水作用并不能完全防水，水很容易滲進軟巖而使其發(fā)生膨脹， 強度降低，造成安全事故；因此采用上述加固的工程需要經(jīng)常返修，返修量和費用都非 常大，而且對正常生產(chǎn)也會造成較大的影響。
因此，尋找出一種加固穩(wěn)定、工作量小、費用低并且永久有效的加固方法就顯得非 常必要。軟巖的電化學加固法是一種新型的加固方法，其原理完全不同于砌墻支護和錨 桿加固等傳統(tǒng)的加固方法，傳統(tǒng)方法僅是以追求力的平衡為目標，而未改變軟巖的物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)，但力的平衡狀態(tài)極易由于軟巖的吸水膨脹和大變形而被打破誘發(fā)失穩(wěn)，所 以具有很大的局限性，效果不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供了一種軟巖的電化學加固方法。通過電化學的方法改變軟 巖的物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)，排除軟巖中的水分來改善軟巖的物理力學性能，從而從根本上解 決了軟巖工程巖體加固的問題。本發(fā)明的方法工藝簡單，費用低廉，且加固過程中對工 程的其它施工工序和工程的正常運行不造成任何影響。
本發(fā)明的方法是在軟巖中插入鐵質(zhì)構(gòu)件作為電極，并施加以直流電，軟巖中會發(fā)生 一系列的物理化學變化，軟巖的強度增加。其主要原理有下列三個方面
1、 膠結(jié)作用。軟巖中的鐵質(zhì)電極上的鐵有一部分被轉(zhuǎn)化成鐵的氧化物，它是一種 膠結(jié)劑，可將軟巖中的松散顆粒膠結(jié)起來，從而提高軟巖的強度。(膠結(jié)劑一一此為鐵 的氧化物，作用與水泥的增強作用類似。)因此這種加固作用是在軟巖中增加了新的成 分——膠結(jié)劑。
鐵變成鐵的氧化物是由于下述反應(yīng)
Fe-2e = Fe2+
iV+ + 2//20 = Fe(0//)2 + 2/T 2 + (92 + 27/20 = 3
同時，上述膠結(jié)作用還會使軟巖的孔隙率降低，從而降低軟巖的吸水性，達到提高 軟巖強度的力學指標的目的。
2、 電滲排水。由于直流電的作用，軟巖中的水向負極流動、聚集,聚集在負極上的 水可順負電極自動排泄或人工排泄，降低巖石含水量，從而使軟巖強度增加。
3、 電熱蒸發(fā)排水。軟巖巖體在直流電的作用下會發(fā)熱，使軟巖中的水分蒸發(fā)，降 低軟巖的含水量，使其強度提高。
一種軟巖的電化學加固方法，其步驟是
1、在軟巖中布置鐵質(zhì)電極。鐵質(zhì)電極的埋置深度和間距需根據(jù)軟巖的工程地質(zhì)條 件和工程要求決定，埋置深度范圍為1~5米，間距為30cm 200cm。2、 根據(jù)軟巖的導(dǎo)電性和空間位置將鐵質(zhì)電極按正、負極分組，在保證人員安全和 特定工程安全要求的條件下，要有足夠大的電流輸出。
3、 將正電極組、負電極組分別接入專用直流電源中，(專用電源電壓為0 - 200伏, 電流為0~ 400安，且都為連續(xù)可調(diào))并施加適量的直流電流。
4、 當輸出電流降至最低時，即將軟巖中原為正電極的電極轉(zhuǎn)換成為負電極，而原 為負電極的電極轉(zhuǎn)換為正電極。繼續(xù)通電(持續(xù)時間為10-20天)，如此反復(fù)，直至加 固結(jié)束'(軟巖加固使其強度達到工程使用要求)，停止通電。持續(xù)通電時間要視軟巖的 電學特性決定， 一般應(yīng)持續(xù)通電10-20天。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點
1、 本發(fā)明可以通過改變軟巖的物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)，排除軟巖中的水分來增強軟巖的 物理力學性能，從而從根本上解決了軟巖工程巖體的加固的問題，并且本發(fā)明采用的方 法實施工藝簡單，費用低廉，加固過程中對工程的其他工序和工程的正常運行不造任何 成影響。
2、 加固過程中，不需要大型機械設(shè)備，便于在有限空間中施工，無噪音污染。
3、 加固過程中，不需要通常的一些建筑材料，如水泥，砂石等，因此無粉塵污染。
4、 、本方法可使軟巖的強度提高50%~100%以上。


圖1為一種軟巖加固方法電極布置和接線示意圖。 圖2為另一種軟巖加固方法電極布置和接線示意圖。
其中1-電源(專用電源電壓為0~200伏，電流為0-400安，且都為連續(xù)可調(diào)), 2-電源正極，3-電源負極，4-導(dǎo)線，5-軟巖巷道圍巖，6-鐵質(zhì)電極的接線部分(露 在圍巖以外的連接導(dǎo)線的部分)，7~23-.鐵質(zhì)電極，I、 II、 III、 IV、 V-軟巖巷道的 I 、 II.、 III、 IV、 V斷面。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖進一步對本發(fā)明作進一步詳細描述 一種電化學軟巖加固方法，其步驟是 1、在軟巖中布置鐵質(zhì)電極鐵質(zhì)電極7的埋置方式是垂直圍巖表面埋置，圖中所示為鐵質(zhì)電極7的埋置方法。 鐵質(zhì)電極7的埋置深度和間距需根據(jù)軟巖的工程地質(zhì)條件和工程要求決定，埋置深度為 1米或1.5或2.0或2.5或3.0或3.5或4.0或4.5或5米，鐵質(zhì)電極7的埋置間距(I和 II斷面間距，n和in斷面以及后面的相鄰斷面的間距以及兩電極的間距)為0.3或0.5 或0.8或1.0或1.2或1.5或1.8或2.0或2.3或2.5或2.8或3.0米，鐵質(zhì)電極7在埋置 時應(yīng)注意留0.05或0.15部分6在軟巖巖體外部，便于連接導(dǎo)線4。2、根據(jù)軟巖的導(dǎo)電性和空間位置將鐵質(zhì)電極按正、負極分組參照附圖對鐵電極的正、負極分組有兩種方法，方法(一)為如圖1中所示。鐵質(zhì)電極7垂直軟巖巷道表面埋置在軟巖巷道中， 圖1中I 、 III、 V巷道斷面中所有的鐵質(zhì)電極7與導(dǎo)線4相接至電源正極2，而圖中II、 IV斷面中所有鐵質(zhì)電極的接線部分6應(yīng)與導(dǎo)線4相接至電源負極3。接通電源l后，電 源1通過導(dǎo)線4和鐵質(zhì)電極7與軟巖形成閉合電路。圖1中只取巷道的斷面I 、 II、 III、 IV、 V作為例子，即V斷面后一個斷面的鐵質(zhì)電極7應(yīng)與電源負極3相接，以此類推。 電源1為專用直流電源(專用電源電壓為0-200伏，電流為0-400安，且都為連續(xù)可 調(diào))，電源正極2、電源負極3， 二者都可導(dǎo)線4焊接。導(dǎo)線4與鐵質(zhì)電極7的接線部分 6相接，方式為焊接或?qū)Ь€繞接或用螺栓固定連接。方法(二)為如圖2中所示。7-23分別為巷道斷面I上布置的鐵質(zhì)電極，鐵質(zhì) 電極垂直軟巖巷道表面埋置在軟巖巷道中。以斷面I為例，鐵質(zhì)電質(zhì)7、 9、 11、 13、 15、17、 19、 21、 23號電極通過導(dǎo)線4與電源正極2相接，而鐵質(zhì)電質(zhì)8、 10、 12、 14、 16、18、 20、 22號電極則通過導(dǎo)線4與電源負極3相接，接線方式都為焊接或?qū)Ь€繞接或螺 栓固定連接。巷道斷面II、 III、 IV、 V上的鐵質(zhì)電極布置接線方法與斷面I上的布置接 線相同。巷道斷面II、 III、 IV、 V中與巷道斷面I中相對應(yīng)的電極相連，且接電源正或 負極相同。電源1為專用直流電源(專用電源電壓為0-200伏，電流為0-400安，且 都為連續(xù)可調(diào))，電源正極2、電源負極3， 二者都可導(dǎo)線焊接。導(dǎo)線4與鐵質(zhì)電極的接 線部分6相接，方式為焊接或?qū)Ь€繞接或用螺栓固定連接。電極在接線以及通電過程中 應(yīng)當保證工作人員不觸電，或在安全電壓(一般為36V)以下工作；以及特定工程安全 要求的條件下(避免產(chǎn)生跨步電流，采用絕緣鞋以及其它保護措施)，要有足夠大的電 流輸出。方法(一)與方法(二)的區(qū)別在于，方法(一)是一個巷道橫斷面中所有的鐵質(zhì) 電極與電源的正極或負極相連，方法(二)是一個巷道橫斷面中的鐵質(zhì)電極與電源正負6極錯開相連接，且所有巷道橫斷面中鐵質(zhì)電極位置相對應(yīng)的電極可以相連接，且與電源 正負極連接相同。二者都能作為軟巖巷道加固電極連接方法。3、 將正電極組、負電極組分別接入專用直流電源(為特定電源)中，并施加0-400 安培的直流電流。4、 當輸出電流降至不能再降時，即將軟巖中原為正電極的電極改變成為負電極， 而原為負電極的電極變?yōu)檎姌O。繼續(xù)通電(持續(xù)時間為10~20天)，如此反復(fù)，直至 加固結(jié)東，停止通電。持續(xù)通電時間要視軟巖的電學特性決定， 一般應(yīng)持續(xù)通電10-20 天。
權(quán)利要求
1、一種軟巖的電化學加固方法，其步驟是A、在軟巖中布置鐵質(zhì)電極(7)，鐵質(zhì)電極(7)的埋置深度和間距需根據(jù)軟巖的工程地質(zhì)條件和工程要求決定，埋置深度范圍為1～5米，間距為30cm～200cm；B、根據(jù)軟巖的導(dǎo)電性和空間位置將鐵質(zhì)電極(7)按正、負極分組，在人員安全和工程安全的條件下，有電流輸出；C、將正電極組、負電極組分別接入專用直流電源中，施加直流電流，所述的專用電源電壓為0～200伏，電流為0～400安，且都為連續(xù)可調(diào)；D、當輸出電流降低時，軟巖中原為正電極的電極轉(zhuǎn)換成為負電極，原為負電極的電極轉(zhuǎn)換為正電極，繼續(xù)通電，如此反復(fù)，直至加固結(jié)束，停止通電，持續(xù)通電時間為10～20天。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軟巖的電化學加固方法，其步驟是A.在軟巖中布置鐵質(zhì)電極；B.根據(jù)軟巖的導(dǎo)電性和空間位置將鐵質(zhì)電極按正、負極分組；C.將正電極組、負電極組分別接入專用直流電源中，施加直流電流；D.當輸出電流降低時，軟巖中原為正電極的電極轉(zhuǎn)換成為負電極，原為負電極的電極轉(zhuǎn)換為正電極，繼續(xù)通電，如此反復(fù)，直至加固結(jié)束，停止通電。本發(fā)明可通過改變軟巖的物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)以及排除軟巖中的水分來增強軟巖的物理力學性能，從而從根本上的解決軟巖工程巖體的加固問題。與現(xiàn)行的其他軟巖加固方法相比，該方法實施工藝簡單，費用極低，加固過程中對工程的其他施工工序和工程的正常運行基本上不造成影響。
文檔編號E21D11/00GK101319612SQ200810048489
公開日2008年12月10日 申請日期2008年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月23日
發(fā)明者馮夏庭, 輝 周, 凱 張, 房敬年, 鑫 楊, 程昌炳 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所