软弱地层气压劈裂真空预压加固施工技术

气压劈裂真空预压通过向土体注入高压气体形成裂缝,同时利用真空负压使土体固结。气压劈裂、真空预压均需要密闭环境,密闭环境及材料的质量控制直接影响土体固结的成果。阐述气压劈裂真空预压法在实际施工应用中的施工工艺及质量控制、真空预压控制措施,为新型的软基处理推广应用提供成熟的施工工艺和操作方法。

土体气压劈裂的室内模型试验

气压劈裂是向岩土体中注入高压气体形成裂隙,增加流体的流动通道,从而提高低渗透性土体的渗透系数。通过室内模型试验探讨了土体在高压气体作用下的响应及劈裂现象。试验结果表明,向土体中喷入高压气体会在土体中生成超静孔压,超静孔压大小与喷气压力相关;超静孔压较大时,土体发生气压劈裂,生成的裂隙又为超静孔压的快速消散提供了通道,大部分超静孔压在裂隙闭合前消散;随着超静孔压的消散,裂隙随之减小,但不会完全闭合,留存残余微裂隙。

土体气压劈裂裂隙扩展特性及影响因素分析

气压劈裂是指土体在高压气体作用下产生裂隙并发展的过程。在分析气压劈裂裂隙扩展特性的基础上,考虑气体与土体相互作用机理,提出气压劈裂裂隙扩展模型适用条件;同时进行气压劈裂裂隙扩展模型中关键影响因素参数分析。参数分析结果表明,土体的透气性对于气压劈裂效果有显著的影响,裂隙最大宽度和裂隙半径随着土体中气体渗透系数的增大而减小,呈指数关系;喷气量的增加可以增大裂隙最大宽度和裂隙半径,尤其对增大裂隙宽度效果更为明显;喷气深度的改变对于裂隙半径影响显著,呈线性正相关性;裂隙最大宽度随着弹性模量的增大而减小,呈指数关系,当模量增大到一定程度时,裂隙宽度趋于极限值,裂隙半径与弹性模量呈线性正相关关系。

荷载作用下土体气压劈裂效果试验研究

采用自行研制的模型试验装置进行了不同喷气压力和上覆荷载下土体的气压劈裂室内模型试验,分析了喷气压力和上覆荷载对土体气压劈裂效果的影响。试验结果表明,向土体中喷入高压气体能在土体中产生裂隙,裂隙可加速超静孔隙水压的消散;喷气结束时裂隙宽度达到最大值,喷气结束后裂隙不完全闭合,残余裂隙宽度为裂隙宽度峰值的1/100。对比不同喷气压力和上覆荷载作用下气压劈裂试验结果发现,气压劈裂影响范围与裂隙宽度均和喷气压力与上覆荷载大小密切相关,其中喷气压力对气压劈裂影响范围与裂隙宽度的影响更为显著;气压劈裂影响范围与喷气压力呈双曲线相关关系,裂隙宽度与喷气压力呈线性正相关关系;气压劈裂影响范围随上覆荷载增加而减小,裂隙宽度与上覆荷载呈线性负相关关系。

基于气压劈裂原理的气压深松机设计

为改善深松效果,基于气压劈裂原理设计一种新型深松机——气压深松机,它是通过对土壤内部注入高压气体,不需翻动土壤实现深松的。该文对整机结构、工作原理及气压深松机控制系统进行设计,并对关键部件进行设计计算和运动分析,进一步对气枪喷气口的运动轨迹进行仿真。结果表明:在设计参数条件下,气枪喷气口按预定轨迹运动,相邻喷气点的水平距离为1.4m,配合不同的喷气深度,可得到良好深松效果。

地基加固新工法-气压劈裂技术研究进展

气压劈裂技术能在土体中产生裂隙,增加土体渗透性,早期主要应用于污染场地修复工程,近年来逐渐应用到地基加固工程中,形成一种高效、经济的地基加固新工法。众多学者针对气压劈裂开展了广泛的研究,取得了一系列的成果,但尚未能满足实际工程设计要求。为将气压劈裂技术更好的应用到地基加固工程,本文分别从气压劈裂机理、气压劈裂裂隙扩展模型、气压劈裂监测技术三个方面总结了气压劈裂技术的发展历程和研究现状,指出并研究其现存问题,并讨论解决方案及该技术的发展前景。

电渗-堆载联合气压劈裂的室内模型试验

为了提高电渗法对深层土体的处理效果,提出电渗-堆载联合气压劈裂.开展电渗-堆载和电渗-堆载联合气压劈裂室内模型试验,从裂缝开展、电流变化、电渗排水量、试验后土的抗剪强度以及能耗等多角度对两者进行比较.结果表明:气压劈裂对于电渗排水有一定的促进作用;电渗-堆载联合气压劈裂对于深层土体有较好的处理效果,可为如何提高电渗对深层土体的处理效果提供借鉴;但是,气压劈裂使得能耗、成本增加;试验后期,气压劈裂对于电渗排水的促进作用迅速衰减.

气压劈裂式深松铲的土壤劈裂减阻机理及有限元分析

针对我国现有土壤深松机械存在深松阻力大、深松幅度小等问题,研制了一种工作阻力小、深松效率高的气压劈裂式深松铲。首先建立了土壤与铲面在有无气压劈裂的工况下的力学模型,并进行对比分析,研究气压劈裂减阻机理,推导出在气压劈裂下的牵引阻力计算公式;然后,为验证设计的可靠性,对深松铲整体结构进行静力学分析与动力学分析。结果表明:气压劈裂式深松铲能够有效减小深松阻力,深松铲的最大应力远小于所选材料的屈服应力,且固有频率可明显避开与机身结构的共振频率。

气压劈裂真空预压法施工工艺的探讨

气压劈裂真空预压法是一种地基处理方法,适用于软土地基的处理,文章主要阐述气压劈裂真空预压法在实际施工应用中工艺的控制,为新型的软基处理推广应用提供成熟的施工工艺和操作方法用于参考。

气压劈裂真空法加固软土地基设计方法及工程应用

气压劈裂真空预压法是将气压劈裂和真空预压结合起来的新的软土地基处理方法。高压气体进入土体中使其形成裂隙,提高了低渗透土体的渗透性能,从而加速地基沉降速率、缩短处理工期,达到经济高效地加固深厚软基的目的。从控制沉降变形的目标出发,提出气压劈裂真空法处理软基的设计原则、设计内容、参数取值及设计计算方法,并应用于阜宁—建湖高速公路的软基处理工程中,对加固后的地表沉降、深层水平位移、加固前后CPTU锥尖阻力等指标进行监测,取得了较好的效果。气压劈裂真空法加固软土地基的设计方法可为推广该法的工程应用提供参考和依据。

劈裂真空法加固软土地基试验研究

在分析常规真空预压法加固软土地基局限性的基础上,提出了劈裂真空法加固深厚软土地基新技术。介绍了劈裂真空法的基本原理和施工工艺。依托江苏省江海高速公路软基处理项目进行了劈裂真空法与常规真空法加固软土地基的对比试验段工程,对软基加固过程中的真空度、孔隙水压力、地表沉降、深层水平位移和地下水位等进行监测,并通过加固前后现场CPTU原位测试、取样和室内土工试验等方法对加固效果对比分析。试验结果表明:劈裂真空法可以提高真空荷载向深层土体的传递效率,提高深部软土的加固效果,进而提高真空预压法的有效处理深度;同时劈裂真空法还可以加速地基固结,缩短地基处理工期,有利于工后沉降的控制。试验工程表明,劈裂真空法是加固深厚软土地基的有效方法,具有很好的工程应用前景。

劈裂真空预压法在阜建高速公路软基处理中的应用

针对传统真空预压法排水固结时间较长、真空度沿深度衰减使得深部软土加固效果欠佳等问题,介绍了劈裂真空预压法技术;依托江苏省阜建(阜宁—建湖)高速公路软基处理项目进行了劈裂真空法试验段工程,监测了膜下真空度、地表沉降、不同深度处孔隙水压力、深层水平位移和地下水位等,并通过加固前后现场地基土原位测试分析了软基处理效果。现场监测结果表明,劈裂喷气时膜下真空度急速衰减,停止喷气后真空度可在2h内逐渐恢复到80kPa,且不同深度处喷气对真空度的衰减与恢复速率影响不大;劈裂真空法可以增强真空荷载向土体深部的传递效率,进而提高深部软土的加固效果,还可以加速超静孔隙水压力消散,缩短施工工期。

高混凝土坝考虑水表面张力影响的水力劈裂研究

水力劈裂是200 m以上高混凝土坝、高碾压混凝土坝需要重点关注的安全隐患。为深入研究高混凝土坝的水力劈裂机理,研发了一种新型混凝土高压水劈裂试件,利用该试件进行了相同条件下水力劈裂及气压劈裂对比试验。研究表明,在静态加压条件下,混凝土发生破坏的水力劈裂水压显著大于气压劈裂的气压,混凝土断裂过程区中水的表面张力对裂缝扩展有抵抗作用。基于试验,提出了水表面张力抵抗劈裂作用的表达式,利用混凝土断裂力学中的裂纹尖端应力强度因子法,构建了考虑水表面张力作用的混凝土水力劈裂模型,该模型计算结果与试验结果吻合良好。应用水表面张力模型分析200 m级重力坝水力劈裂影响,可进一步改进考虑高压水劈裂的特高混凝土坝设计。

基于土体裂隙迹线方程和土体扰动模型的气爆松土参数优化

为明晰气爆技术对土壤的深松效果,采用剖面法观测土体裂隙及扰动情况,设计正交试验分析气爆参数对土体裂隙扩展的影响,建立了气爆土体裂隙迹线方程及土体扰动模型,讨论了土体破坏形式对松土效果的影响,结果表明:气爆深度小于25 cm时,土体以张拉破坏为主,气爆起劈力为0.17 MPa,土面易抬升,裂隙中心为气爆中心,裂隙扩展随气压增大而增大,土体扰动系数为50%;气爆深度大于25 cm时,土体以剪切破坏为主,气爆起劈力为0.39 MPa,土面抬升不明显,土体裂隙中心下移,且下移量随气压增大而增大,土体扰动系数大于50%,松土效果优于张拉破坏;气爆深度为30 cm、气爆压力为1 MPa左右较适宜。该研究可为气爆松土参数优化提供参考。

真空荷载作用下劈裂效果分析

采用自行研制的模型试验装置进行不同喷气压力和有无真空作用下土体的气压劈裂室内模型试验,研究真空荷载对土体劈裂效果的影响。试验结果表明,气压劈裂使土体产生裂隙,裂隙集中于喷气口深度处,裂隙使得超静孔隙水压力呈三阶段规律,即孔压骤升并产生裂隙阶段、停止喷气后孔压迅速消散阶段和缓慢消散阶段。对比不同喷气压力和有无真空作用下气压劈裂试验结果发现,超静孔压峰值随着喷气压力的增大而增大,真空荷载使得超静孔压峰值变小;裂隙排水时间随着喷气压力增大而增大,为20~30 min,裂隙排水约占超静孔压峰值的70%,真空荷载加快超静孔压消散速率;抽真空过程中喷气劈裂应采用低压短时脉冲方式。

气动深松原理分析

气动深松是基于气压劈裂原理,向耕地犁底层中注入高压气体,使犁底层土壤内部形成裂隙从而达到深松效果的一种深松方式。为此,基于气压劈裂机理,对气动深松原理进行分析,并建立了气动深松裂隙扩展模型,包括高压气体渗漏模型、土壤位移模型及气体压力分布模型。分析表明:气动深松方式可以达到深松效果是张拉抬升机理和剪切压缩机理共同作用的结果;当土壤抗剪强度较大且初始主应力较小时,气动深松主要由张拉抬升机理控制,当土壤抗剪强度较小且初始主应力较大时,气动深松主要由剪切压缩机理控制;通过气动深松裂隙扩展模型可以确定气动深松影响范围的理论值。对气动深松原理进行研究,对推动气动深松技术的发展具有重要意义。

气松注药一体化作业装备设计

对耕地进行深松注药,可打破耕地犁底层、加深耕作层并改善土壤结构,从而实现耕地的保护性耕作,达到农作物高产高质的种植目的,而传统的深松和注药过程需要两种不同装备进行作业,影响作业效率和效果的同时也浪费了资源.鉴于此,设计了新型基于气压劈裂原理的气松注药一体化作业装备,给出了整机的基本结构参数和工作参数的设计计算,以及关键部件进行了结构设计.同时,利用机械三维仿真软件Proe对其进行虚拟样机构建.该机的设计参数为:作业宽幅3 m、深松注药深度0.25~0.26 m、作业速度0.5 m/s,具有高效轻便的特点,为装备的进一步投产与应用奠定了基础.

基于南方红壤耕地气压深松铲的设计与深松仿真分析

针对现有深松机在红壤耕地犁底层土壤深松阻力大、幅宽小、效率低等问题,设计一种基于气压劈裂的气压深松铲。采用CFD软件建立南方耕地红壤犁底层土壤的模型进行深松气压范围标定,并针对相同气压2 MPa下不同容重犁底层土壤的扩散特性进行研究。结果表明:红壤犁底层容重1.8g/cm^3土壤的有效起劈气压范围为1.6～2.4MPa;容重1.6g/cm^3、1.8g/cm^3的犁底层土壤裂隙主要沿水平方向扩散,容重1.4g/cm^3的犁底层土壤裂隙则同时沿竖直方向与水平方向扩散;容重越大的犁底层土壤,深松效果越好。