文档介绍：摘要摘要气压劈裂是指岩土体在高压气体作用下产生裂隙并发展的过程。国内外学者已经开始注意到气压劈裂现象,但对该理论国内外尚缺乏深入系统的研究。事实上,国内外学者对岩土工程中的另一劈裂技7I}一水力劈裂已经进行了深入系统的研究,已经形成了较为成熟的水力劈裂理论,并将其成功应用于岩土工程的大坝设计、石油开采、地应力测试、地下污染物运移、地下干热岩体热能开发和环境修复工程等方面。但对气压劈裂问题,国内外尚未形成相应的理论,对其工程应用研究几乎空白,因此,对气压劈裂的机理、判别准则、气压劈裂裂隙的扩展模型及气压劈裂的工程应用等方面进行深入研究是十分必要的。本文以土体中的气压劈裂理论与应用为研究对象,采用理论分析、室内模拟试验、现场试验及数值模拟相结合的方法,深入研究了土体的气压劈裂机理、判别准则和裂隙扩展模型等基础理论,在此基础匕对基于气压劈裂理论开发的排水粉喷桩复合地基工法的加固机理、路堤荷载下的变形与固结特性及其计算方法进行了系统研究,建立了基于变形控制的排水粉喷桩复合地基设计方法,为排水粉喷桩复合地基新工法的推广应用奠定了理论基础。主要研究内容与成果总结如下: (1)系统总结了土体中的气压劈裂和水力劈裂研究进展,对比了气压劈裂和水力劈裂的差异, 指出了现有研究中存在的问题;全面回顾了与排水粉喷桩复合地基设计计算方法相关方面的研究成果,包括水泥土桩复合地基的沉降计算、固结计算及稳定性计算等的现行计算方法和研究成果,并指出了存在的问题。(2)采用理论分析的方法研究了土体中的气压劈裂理论,提出了土体中的气压劈裂机理和起劈压力计算式;建立了气压劈裂裂隙的扩展模型;并分析了气压劈裂对土体渗透性的提高效应。(3)通过室内模拟试验论证了土体中气压劈裂原理,并从宏观上论证了基于气压劈裂机理的地基处理新技术在地基加固中的可行性,为完善排水粉喷桩复合地基加固机理并开发基于气压劈裂机理的地基处理新技术奠定了理论基础。(4)通过现场试验论证了排水粉喷桩复合地基工法中的气压劈裂原理。粉喷桩施工过程中,由于喷气压力和搅拌叶片的剪切力作用在桩周土中生成较大的超静孔隙水压力,产生劈裂裂隙,由排水板和劈裂裂隙组成排水导气网络,为桩周土中超静孔隙水压力的消散和残余气体的排出提供了排水导气通道,一方面加速了桩周土中超静孔压的消散,另一方面,使粉喷桩喷粉更加顺畅,搅拌更加均匀,从而提高粉喷桩桩身质量,特别是深层粉喷桩的成桩质量。(5)基于路堤荷载下桩土问的非等应变特性,建立了排水粉喷桩复合地基总沉降计算模型。将路堤、桩体、桩间土及下卧土层整体考虑,分别建立了各自的应力和位移计算式,通过界面处的位移和应力边界条件考虑各子系统之间的相互作用,得到了路堤荷载下排水粉喷桩复合地基总沉降计算模型,并利用淮盐高速公路试验段的实测沉降验证了该方法的合理性。(6)通过数值分析方法剖析了路堤荷载下排水粉喷桩复合地基固结机理,分析表明排水粉喷桩复合地基的固结机理包括三大部分:排水板的排水效应、粉喷桩桩体应力集中效应及桩土间荷载转移形成的孔压梯度效应。在此基础上,建立了排水粉喷桩复合地基圃结计算简化模型,并通过现场实测沉降资料验证了简化模型的合理性。(7)在气压劈裂机理、排水粉喷桩复合地基沉降与固结计算方法研究的基础上,基于变形控制设计的原则,建立了路堤荷载下排水粉喷桩复合地基实用设计方法。关键词:气压劈裂,劈裂机理,裂隙扩展,渗透系数,排水粉喷桩,非等应变,沉降,固结,设计方法 Abstract Abstraet Pneumatic fracturing theprocess ofgenerationof丘ac咖s or extension ofexisting fractures insoils and rocks through theinjection ofhigh-pressure thisphenomena hasalready been research ofitstheory stinfurfrom fact,deepened study has beengiven toanother fracturing technique,teI'med hy&'aulie fracturing,and arelatively mature theory has beenestablished,and applied essfully ingeoteclmieal practices toimprove thepermeability ofthe soils androcks,which has been utilized toincreasethepermeabili