軟土地基加固中的氣壓劈裂機(jī)理初步探討.pdf

1、在粉噴樁、漿噴樁的施工過(guò)程中,一些學(xué)者觀察到土體中會(huì)產(chǎn)生劈裂現(xiàn)象,但對(duì)該現(xiàn)象國(guó)內(nèi)外尚無(wú)人進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。本文以軟土地基加固過(guò)程中出現(xiàn)的氣壓劈裂現(xiàn)象為研究對(duì)象,采用室內(nèi)模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,研究了氣壓劈裂的機(jī)理、氣壓劈裂對(duì)土體固結(jié)過(guò)程的影響以及氣壓作用下土體響應(yīng)的基本規(guī)律。 首先對(duì)氣壓劈裂相關(guān)領(lǐng)域的主要研究成果進(jìn)行了總結(jié)。在此基礎(chǔ)上,研制了一套室內(nèi)模型試驗(yàn)裝置,用以研究氣壓劈裂的機(jī)理及其對(duì)土體固結(jié)過(guò)程的影響。試驗(yàn)裝置

2、分為四部分：模型槽、抽真空系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和高壓噴氣系統(tǒng)。通過(guò)高壓噴氣系統(tǒng)向土樣內(nèi)部施加高壓氣體,產(chǎn)生氣壓劈裂；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括土樣的孔壓、真空度、沉降和排水量等。氣壓劈裂的模型試驗(yàn)分為氣壓劈裂影響評(píng)價(jià)試驗(yàn)和土體響應(yīng)試驗(yàn)。氣壓劈裂影響評(píng)價(jià)試驗(yàn)采用對(duì)比的方式進(jìn)行,將模型槽等分為兩部分,試驗(yàn)時(shí)只向其中一側(cè)土體施加氣壓,對(duì)比噴氣部分和不噴氣部分試樣的沉降和排水情況,試驗(yàn)結(jié)果表明氣壓劈裂現(xiàn)象可顯著加快土體沉降速率,縮短土體固結(jié)時(shí)間。進(jìn)行氣壓

3、劈裂的土體響應(yīng)試驗(yàn)時(shí),向土樣內(nèi)部噴入高壓氣體,并記錄噴氣時(shí)和噴氣之后土體內(nèi)部不同位置處的孔壓,通過(guò)分析孔壓的變化規(guī)律,得出在氣壓作用下土體的響應(yīng)具有“四階段”變化規(guī)律。 在室內(nèi)模擬試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用數(shù)值模擬方法對(duì)高壓氣體作用下土體的響應(yīng)規(guī)律進(jìn)一步進(jìn)行探討。本文采用壓力控制的小孔擴(kuò)張理論模擬土體響應(yīng)的初始階段。首先介紹了拉格朗日元法的基本原理、土體本構(gòu)模型和參數(shù)選取,建立了壓力控制的小孔擴(kuò)張計(jì)算模型。在大多數(shù)實(shí)際工程中,土層內(nèi)部的

4、初始應(yīng)力是各向異性的,以此為切入點(diǎn),本文利用壓力控制的小孔擴(kuò)張計(jì)算模型,分析了氣壓作用下孔周土體的變形、屈服和孔壓的變化,總結(jié)出壓力作用下孔周土體響應(yīng)的基本特性。研究了土體強(qiáng)度與初始應(yīng)力水平等對(duì)土體響應(yīng)的影響,得到使土體產(chǎn)生破壞所需最小孔內(nèi)壓力的經(jīng)驗(yàn)公式,并對(duì)氣壓作用下土體的破壞機(jī)理作出合理解釋。 本文采用試驗(yàn)、理論、數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對(duì)土體的氣壓劈裂機(jī)理進(jìn)行了初步探討,得到了一些結(jié)論,為今后進(jìn)一步的理論和應(yīng)用研究初步奠定了