К электрокинетическим процессам, протекающим в глинистых грунтах при пропускании через них постоянного электрического тока, относятся: электроосмос, изменение толщины диффузного слоя частиц и как следствие — изменение электрокинетического потенциала.
Электроосмотическое перемещение воды в порах грунта, происходящее, как правило, в сторону катода, является главнейшим процессом электрохимической обработки глинистых грунтов. Значение электроосмоса далеко выходит за пределы бытующего понятия об осушении грунта; электроосмос ускоряет, направляет и усиливает целый ряд химических, физико-химических и физико-механических процессов, которые обуславливают улучшение свойств глинистых грунтов. В свою очередь, эти процессы оказывают существенное влияние на протекание электроосмоса в грунтах. В таком единстве рассматривается влияние электроосмоса на кинетику электрохимической обработки глинистых грунтов.
Скорость электроосмотической фильтрации определяется по формуле:
где ξ—электрокинетический потенциал; D — диэлектрическая постоянная; п — пористость грунта; η — вязкость воды;
kэ — коэффициент электроосмотической фильтрации; Е — градиент потенциала.
В более сложном случае, когда движение жидкости в пористой среде происходит под влиянием гидродинамического и электроосмотического воздействия, скорость будет равна:
где кф — коэффициент фильтрации; h — пьезометрическое давление; кэ — коэффициент электроосмоса; е — электрический потенциал.
Отношение кэ/кф = кэф представляет собой коэффициент электроосмотической эффективности, который характеризует электроосмотические и фильтрационные свойства среды. Эффективность действия электрического поля определяется коэффициентом кэф, имеющим размерность см/в, т. е. высотой пьезометрического напора в сантиметрах при напряжении тока 1 в. Коэффициент электроосмоса определяется экспериментально по следующей формуле:
где Q — количество воды, выделившейся при электроосмосе, в см3; l — расстояние между электродами в см; t — время пропускания тока в сек; U — напряжение в в; F — поперечное сечение образца в см2; п — пористость грунта.
Количество воды, выделяемое из грунта, определяется по выражению:
Из курса электротехники известно, что
тогда количество воды можно определить по следующей формуле:
Если заменить:
то получим:
где р — удельное электрическое сопротивление в ом см; А — количество электричества в кулонах; I — сила тока в а; t — время пропускания тока в сек. Таким образом, количество воды, выделяемое из грунта при электроосмосе, прямо пропорционально силе тока и времени его протекания.
Скорость электроосмотического движения воды между анодом и катодом не постоянна: она меняется в различных зонах между электродами, а также и во времени в связи с изменением электрокинетического потенциала при изменении рН среды.
На скорость движения воды влияет не только градиент потенциала, который неравномерно меняется от анода к катоду, но также химические и физико-химические процессы, протекающие в грунте. Известно, что основным электроосмотическим показателем грунтов считается коэффициент электроосмоса, который для различных грунтов составляет:
Предельные отклонения величины а составляют от 0,5 до 13,0; наиболее часто встречающиеся значения а = 3 — 5.