氣壓劈裂裂隙對(duì)土體滲透特性影響研究.pdf

1、氣壓劈裂是指巖土體在高壓氣體作用下產(chǎn)生裂隙并發(fā)展的過程。對(duì)氣壓劈裂問題，國內(nèi)外尚未形成相應(yīng)的理論，對(duì)其工程應(yīng)用研究甚少。本文以氣壓劈裂裂隙對(duì)土體滲透性影響為切入點(diǎn)，采用室內(nèi)模擬試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法，在研究氣壓劈裂裂隙擴(kuò)展特性的基礎(chǔ)上，分析氣壓劈裂裂隙對(duì)土體滲透性影響機(jī)理與預(yù)測(cè)方法，并分析了其主要影響因素。主要研究內(nèi)容與成果如下： (1)系統(tǒng)總結(jié)了土體中氣壓劈裂的研究進(jìn)展和含裂隙土體滲透性的研究成果，并指出了現(xiàn)有研

2、究中存在的不足和需要解決的問題。 (2)通過室內(nèi)模型試驗(yàn)的方法對(duì)氣壓劈裂現(xiàn)象進(jìn)行了研究。分別進(jìn)行了氣壓劈裂土體響應(yīng)試驗(yàn)和氣壓劈裂裂隙對(duì)土體滲透性影響試驗(yàn)。通過氣壓劈裂土體響應(yīng)試驗(yàn)，得到了氣壓劈裂的影響范圍、起劈壓力大小等。氣壓劈裂土體響應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著噴氣壓力的增大，氣壓劈裂的影響范圍增大；隨著上覆壓力的增大，氣壓劈裂的影響范圍變小。氣壓劈裂裂隙對(duì)土體滲透性影響試驗(yàn)結(jié)果表明，氣壓劈裂裂隙的存在可顯著加快土體固結(jié)速度，縮短固結(jié)

3、所需的時(shí)間，反映在滲透性則是對(duì)土體宏觀滲透系數(shù)的提高。試驗(yàn)結(jié)果為氣壓劈裂技術(shù)的工程應(yīng)用提供了理論依據(jù)。 (3)現(xiàn)場(chǎng)單點(diǎn)噴氣的氣壓劈裂試驗(yàn)表明，土體在高壓氣體作用下，生成較大的超靜孔隙水壓力，產(chǎn)生劈裂裂隙。噴氣壓力為0.4-0.5MPa時(shí)，最大影響范圍為2.5m。通過超靜孔隙水壓力消散規(guī)律發(fā)現(xiàn)，裂隙的存在為超靜孔隙水壓力的消散提高良好的通道，加速了超靜孔隙水壓力的消散，加速土體的固結(jié)，表現(xiàn)為提高土體宏觀滲透系數(shù)。 (4)采

4、用理論分析的方法，研究了土體中氣壓劈裂裂隙擴(kuò)展問題，建立了裂隙擴(kuò)展模型，編制了求解程序，并對(duì)氣壓劈裂裂隙擴(kuò)展模型的影響因素進(jìn)行了參數(shù)分析。理論分析結(jié)果表明，土體中氣體滲透性、噴氣點(diǎn)深度、噴氣量(噴氣時(shí)間)、噴氣壓力對(duì)于裂隙擴(kuò)展影響很大，而土體彈性模量、土體泊松比、土體起劈壓力大小(強(qiáng)度)對(duì)于裂隙擴(kuò)展影響較小。隨著土體氣體滲透系數(shù)的增大，裂隙寬度的最大值和裂隙半徑都隨之減??；隨著噴氣深度的增大，裂隙寬度最大值變小，而裂隙半徑增大；隨著噴氣

5、量的增大，裂隙寬度最大值和裂隙半徑都逐漸變大；隨著噴氣壓力的增大，裂隙寬度最大值和裂隙半徑都逐漸變小。 (5)利用巖土體裂隙滲透定律-立方定律對(duì)氣壓劈裂裂隙滲透性進(jìn)行分析。將裂隙等效為土體中孔隙，建立了裂隙對(duì)土體滲透特性影響的預(yù)測(cè)方法，并分析了其影響因素。其影響變化規(guī)律為：隨著等效體積的增大，裂隙滲透系數(shù)不變，等效滲透系數(shù)變?。浑S著氣體滲透系數(shù)的增大，裂隙滲透系數(shù)和等效滲透系數(shù)隨氣體滲透系數(shù)隨之減小；隨著噴氣深度的增大，裂隙滲透