氣體在土體中的運(yùn)移規(guī)律初步研究.pdf

1、隨著高速公路、鐵路、橋梁及港口碼頭等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，地基處理技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展，氣壓劈裂真空預(yù)壓法作為加固深厚軟土地基的新技術(shù)，不僅克服了地表荷載隨深度衰減的局限性，同時(shí)氣壓劈裂產(chǎn)生的裂隙可以增強(qiáng)土體滲透性，加速超靜孔壓的消散，縮短排水固結(jié)時(shí)間。盡管氣壓劈裂技術(shù)在很多工程中得以了成功應(yīng)用，但依然存在很多基礎(chǔ)理論問題亟待深入研究，如土體中氣體的滲流規(guī)律、噴氣孔間距確定的理論依據(jù)、兩相流的耦合作用對(duì)土體物理力學(xué)性質(zhì)和水氣運(yùn)移狀

2、況的影響等。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外各個(gè)領(lǐng)域中有關(guān)氣體運(yùn)移規(guī)律的研究成果，以氣壓劈裂真空預(yù)壓法為依托背景，采用理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究土體中氣體滲透率大小測(cè)定、氣體在土體中的滲透規(guī)律、氣體的有效影響范圍及其影響因素等。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　 (1)針對(duì)現(xiàn)有氣體滲透測(cè)定儀器測(cè)定中氣壓梯度難以控制的不足，對(duì)柔性壁滲透儀進(jìn)行了改造，并結(jié)合課題組提出的氣體收集裝置完成了對(duì)土體中滲氣率的改進(jìn)量測(cè)。改進(jìn)后的滲氣裝置具有量

3、測(cè)氣壓力梯度范圍較大、量測(cè)精度較高等優(yōu)點(diǎn)，并解決了量測(cè)氣體體積困難、氣體易從剛性壁和試樣邊緣泄露等問題。研究了不同進(jìn)氣壓力、圍壓、干密度、孔隙比和飽和度條件下粘性土和粉土中氣體滲透規(guī)律;分析了氣體滲透率同孔隙比和飽和度的密切關(guān)系;建立了滲氣率與孔隙比和飽和度之間的函數(shù)關(guān)系。
　　 (2)為彌補(bǔ)室內(nèi)滲氣率測(cè)定時(shí)試樣尺寸較小、代表性較差的局限性，同時(shí)為驗(yàn)證氣體運(yùn)移數(shù)值模擬方法提供實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，采用室內(nèi)模型試驗(yàn)對(duì)氣體運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行了初步研究

4、。通過單點(diǎn)噴氣試驗(yàn)確定了氣體影響范圍，分析了噴氣壓力和噴氣深度等對(duì)表層土體氣體作用范圍的影響規(guī)律。氣體影響范圍會(huì)隨著噴氣深度或者噴氣壓力的增大而增大，但噴氣壓力中存在一個(gè)壓力臨界值，在噴氣壓力小于此值時(shí)，噴氣壓力對(duì)氣體影響范圍的影響較大，反之不然。
　　 (3)利用基于兩相流模型的商業(yè)軟件TOUGH2對(duì)氣體在飽和土體中的滲流過程進(jìn)行數(shù)值模擬。研究了噴氣過程中氣體飽和度的變化情況、氣體影響范圍和氣流形態(tài)，分析了土層條件和噴氣條件等