氣體在土體中的運移規(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，同時氣壓劈裂產(chǎn)生的裂隙可以增強土體滲透性，加速超靜孔壓的消散，縮短排水固結(jié)時間。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土體物理力學(xué)性質(zhì)和水氣運移狀

2、況的影響等。本文結(jié)合國內(nèi)外各個領(lǐng)域中有關(guān)氣體運移規(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。主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　 (1)針對現(xiàn)有氣體滲透測定儀器測定中氣壓梯度難以控制的不足，對柔性壁滲透儀進(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土體中滲氣率的改進(jìn)量測。改進(jìn)后的滲氣裝置具有量

3、測氣壓力梯度范圍較大、量測精度較高等優(yōu)點，并解決了量測氣體體積困難、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)為彌補室內(nèi)滲氣率測定時試樣尺寸較小、代表性較差的局限性，同時為驗證氣體運移數(shù)值模擬方法提供實測數(shù)據(jù)，采用室內(nèi)模型試驗對氣體運移規(guī)律進(jìn)行了初步研究

4、。通過單點噴氣試驗確定了氣體影響范圍，分析了噴氣壓力和噴氣深度等對表層土體氣體作用范圍的影響規(guī)律。氣體影響范圍會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壓力臨界值，在噴氣壓力小于此值時，噴氣壓力對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