軟土地基加固中的氣壓劈裂機理初步探討.pdf

1、在粉噴樁、漿噴樁的施工過程中,一些學者觀察到土體中會產(chǎn)生劈裂現(xiàn)象,但對該現(xiàn)象國內(nèi)外尚無人進行深入系統(tǒng)的研究。本文以軟土地基加固過程中出現(xiàn)的氣壓劈裂現(xiàn)象為研究對象,采用室內(nèi)模型試驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,研究了氣壓劈裂的機理、氣壓劈裂對土體固結(jié)過程的影響以及氣壓作用下土體響應的基本規(guī)律。 首先對氣壓劈裂相關領域的主要研究成果進行了總結(jié)。在此基礎上,研制了一套室內(nèi)模型試驗裝置,用以研究氣壓劈裂的機理及其對土體固結(jié)過程的影響。試驗裝置

2、分為四部分：模型槽、抽真空系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)和高壓噴氣系統(tǒng)。通過高壓噴氣系統(tǒng)向土樣內(nèi)部施加高壓氣體,產(chǎn)生氣壓劈裂；監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測內(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分為氣壓劈裂影響評價試驗和土體響應試驗。氣壓劈裂影響評價試驗采用對比的方式進行,將模型槽等分為兩部分,試驗時只向其中一側(cè)土體施加氣壓,對比噴氣部分和不噴氣部分試樣的沉降和排水情況,試驗結(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)時間。進行氣壓

3、劈裂的土體響應試驗時,向土樣內(nèi)部噴入高壓氣體,并記錄噴氣時和噴氣之后土體內(nèi)部不同位置處的孔壓,通過分析孔壓的變化規(guī)律,得出在氣壓作用下土體的響應具有“四階段”變化規(guī)律。 在室內(nèi)模擬試驗的基礎上,采用數(shù)值模擬方法對高壓氣體作用下土體的響應規(guī)律進一步進行探討。本文采用壓力控制的小孔擴張理論模擬土體響應的初始階段。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張計算模型。在大多數(shù)實際工程中,土層內(nèi)部的

4、初始應力是各向異性的,以此為切入點,本文利用壓力控制的小孔擴張計算模型,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的基本特性。研究了土體強度與初始應力水平等對土體響應的影響,得到使土體產(chǎn)生破壞所需最小孔內(nèi)壓力的經(jīng)驗公式,并對氣壓作用下土體的破壞機理作出合理解釋。 本文采用試驗、理論、數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對土體的氣壓劈裂機理進行了初步探討,得到了一些結(jié)論,為今后進一步的理論和應用研究初步奠定了