[发明专利]软岩的电化学加固方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩体加固技术领域，它具体涉及一种软岩的电化学加固方法，尤其适用于 遇水软化和膨胀的软岩工程岩体的加固，对于彻底解决软岩工程中的加固难题具有重要 的实用价值。

背景技术

岩土工程的巷道建设中，经常会遇到一种不良的岩体——软岩。这种岩体往往含有 丰富的粘土矿物，通常为三大类：高岭石类，伊利石类和蒙脱石类。在三种石类中又以 蒙脱石类的性能最差，它是一种物理化学性质极端活泼的物质，它极易吸水膨胀，产生 膨胀应力使软岩巷道产生大变形；且吸水后的岩石强度迅速降低，导致岩体失稳而坍塌， 造成安全事故，危机人身安全。

在工程中对软岩巷道加固支护处理的方法通常有：①锚喷加固：通常对开挖的软岩 巷道采取喷射混凝土进行防水，通过锚杆、钢筋网、型钢以及混凝土来对围岩进行加固， 从而达到支护加固的目的；②U型钢支架加固：U型钢架需根据软岩的膨胀性特点来制 定，且支架需具有收缩性、有较高的初承力和支撑能力；③砌墙加固：通常为在软岩 巷道内贴近围岩砌钢筋混凝土墙来进行加固。

以上所述的加固方法只是从力的平衡角度来进行加固的，并未从改善软岩本身的力 学特性和物理化学性质的角度来解决问题；此外，用上述方法进行加固往往只能维持一 段时间，如锚喷加固的防水作用并不能完全防水，水很容易渗进软岩而使其发生膨胀， 强度降低，造成安全事故；因此采用上述加固的工程需要经常返修，返修量和费用都非 常大，而且对正常生产也会造成较大的影响。

因此，寻找出一种加固稳定、工作量小、费用低并且永久有效的加固方法就显得非 常必要。软岩的电化学加固法是一种新型的加固方法，其原理完全不同于砌墙支护和锚 杆加固等传统的加固方法，传统方法仅是以追求力的平衡为目标，而未改变软岩的物质 成分和结构，但力的平衡状态极易由于软岩的吸水膨胀和大变形而被打破诱发失稳，所 以具有很大的局限性，效果不好。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种软岩的电化学加固方法。通过电化学的方法改变软 岩的物质成分和结构，排除软岩中的水分来改善软岩的物理力学性能，从而从根本上解 决了软岩工程岩体加固的问题。本发明的方法工艺简单，费用低廉，且加固过程中对工 程的其它施工工序和工程的正常运行不造成任何影响。

本发明的方法是在软岩中插入铁质构件作为电极，并施加以直流电，软岩中会发生 一系列的物理化学变化，软岩的强度增加。其主要原理有下列三个方面：

1、胶结作用。软岩中的铁质电极上的铁有一部分被转化成铁的氧化物，它是一种 胶结剂，可将软岩中的松散颗粒胶结起来，从而提高软岩的强度。(胶结剂——此为铁 的氧化物，作用与水泥的增强作用类似。)因此这种加固作用是在软岩中增加了新的成 分——胶结剂。

铁变成铁的氧化物是由于下述反应：

Fe-2e＝Fe²⁺

Fe²⁺+2H₂O＝Fe(OH)₂+2H⁺

4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O＝4Fe(OH)₃

2Fe(OH)₃＝Fe₂O₃+3H₂O

同时，上述胶结作用还会使软岩的孔隙率降低，从而降低软岩的吸水性，达到提高 软岩强度的力学指标的目的。

2、电渗排水。由于直流电的作用，软岩中的水向负极流动、聚集，聚集在负极上的 水可顺负电极自动排泄或人工排泄，降低岩石含水量，从而使软岩强度增加。

3、电热蒸发排水。软岩岩体在直流电的作用下会发热，使软岩中的水分蒸发，降 低软岩的含水量，使其强度提高。

一种软岩的电化学加固方法，其步骤是：

1、在软岩中布置铁质电极。铁质电极的埋置深度和间距需根据软岩的工程地质条 件和工程要求决定，埋置深度范围为1～5米，间距为30cm～200cm。

2、根据软岩的导电性和空间位置将铁质电极按正、负极分组，在保证人员安全和 特定工程安全要求的条件下，要有足够大的电流输出。