气压劈裂真空预压法加固深厚软土地基机理与设计理论研究

经济高效的深厚软基处理技术是目前我国工程界迫切需要解决的技术难题。本项目对申请人提出的气压劈裂真空预压法加固深厚软土地基的新技术（简称劈裂真空法），在已有室内外试验的基础上进行系统的理论研究。该技术通过向深部土体中喷入高压气体，产生气压劈裂并迅速增大土体渗透性，再结合真空预压法，达到加固深厚软土地基的目的。项目采用室内模型试验、数值模拟、理论分析相结合并与现场试验段工程监测对比的研究方法，着重研究下列问题：土体气压劈裂裂隙扩展与气渗性规律；劈裂真空法加固软土机理；劈裂真空法加固地基沉降变形规律与设计理论研究等，旨在解决劈裂真空法加固深厚软土地基设计的关键理论问题，为推广应用提供科学依据。研究成果将推动软土地基处理技术的发展，大大提高我国地基处理的科学技术水平。

本项目针对申请人发明的劈裂真空法加固深厚软土地基的新技术，采用室内模型试验、数值模拟、理论分析相结合并与现场工程应用对比的研究方法，对劈裂真空法的加固效果、加固机理、气压劈裂裂隙扩展与设计方法等关键问题进行了系统研究，完成了预计研究内容，取得了系列成果。.采用研制的劈裂真空法室内模型试验装置，进行了劈裂真空法加固软土效果模型试验，结论表明：气压劈裂能使土体产生裂隙，有效提高软土渗透性，改善真空度传递效率，加快土体沉降速率，加固效果特别是深部加固效果优于常规真空法；劈裂真空法的喷气劈裂应采用低压短时脉冲方式。.饱和粘土、粉土的气体渗透规律试验研究表明：气体压力对粉土气渗率影响较大，随着渗透气压的增加，渗气率趋于一个稳定值，该稳定值即可作为气体渗透性指标；土体的气渗率与土体的含水量、干密度、孔隙比、饱和度密切相关；含水量相同时，土体气渗率随干密度的增大而减小；气渗率均随孔隙比增大而增大；干密度相同时，气渗率随着含水量增加而减小；渗气率随着饱和度增加而减小，且存在突变值，粉土试样饱和度突变值约为50%；总结提出了预测气体渗透率的经验公式。.对气压劈裂裂隙扩张模式进行了数值模拟和理论研究，结论表明：气压劈裂孔口形状与土体应力状态有关；初始应力各向异性时，压力控制的圆孔扩张后孔口形状近似为椭圆形，塑性区主要在孔周初始大主应力方向扩展。裂隙扩展过程可视为土体变形、压力衰减、流体渗漏三个过程的耦合，由此建立了气压劈裂裂隙扩展模型，并对气压劈裂裂隙扩展的影响因素进行了分析，分析表明，裂隙最大宽度和裂隙半径随着土体气体渗透系数的增大而减小且呈指数关系，随喷气量增加而增大；裂隙半径与弹性模量呈线性关系。.研究建立了劈裂真空法固结分析模型：该模型基于劈裂裂隙渗透性的分析，将裂隙排水效应等效为水平向的薄弱排水层；并提出了基于等效渗透系数的简化固结计算方法。.依托江苏省江海高速公路软基处理项目，进行了劈裂真空法加固深厚软土地基工程应用研究，成果表明：劈裂真空法可以有效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；同时还可加速地基固结，缩短工期，有利于工后沉降的控制；在劈裂真空法理论研究和试验研究的基础上，建立了相应的设计流程与方法，给出了气压劈裂参数、固结度、沉降、强度增长及稳定性验算的计算方法。