《土体气压劈裂原理与工程应用》论述土体中气压劈裂的基本原理及其在特殊地基处理中的应用,是对土体中气压劈裂进行系统总结和介绍的工程专业书籍.主要内容包括:土体中气压劈裂的劈裂机理、劈裂判别准则、裂隙扩展模型;排水粉喷桩复合地基加固软基的加固机理、现场工程实测研究、沉降与固结计算模型、实用设计方法;劈裂真空法加固软基的加固原理、现场试验研究、固结理论与设计计算方法. 土体气压劈裂原理与工程应用_章定文_科学出版社_

**篇 土体气压劈裂理论
**章 绪 论
1.1 气压劈裂技术简介
气压劈裂是由美国NJIT (NewJerseyInstituteofTechnolo-y)的HSMRC(HazardousSubstanceMana-ementResearchCenter)于1988年提出，其目的是通过向岩土体中注入高压气体形成裂隙，增加流体的流动通道，提高低渗透性土体的渗透系数，进而联合其他的污染物处置方法(如蒸汽浸提法?生物修复法?热处理法等)，以提高污染物的清除效率[1].目前气压劈裂的应用范围主要集中在环境岩土工程方面，其他方面的应用研究甚少.气压劈裂技术自1988年提出以后，在室内试验?现场试验?理论模型及数值模拟等方面都得到一定研究.
1.1.1 气压劈裂的试验研究
1. 气压劈裂的压力时间曲线分析[2]
典型的气压劈裂压力时间曲线如图1-1所示，气压劈裂和水力劈裂的压力时间曲线相似，可以分为如下阶段:开始劈裂?裂隙扩展?裂隙维持?残余裂隙和重新劈裂.
1)开始劈裂
如图1-1中曲线AB 阶段所示，由于土体的低渗透性，气体压力快速增加，其持续时间一般为2~3s，当其压力值超过土体的起劈压力就在土体内形成裂隙.岩土体的起劈压力与劈裂点的应力状态及土体的抗拉��度有关，土体的起劈压力值一般为150~350kPa，岩体的起劈压力值一般为650~1100kPa，岩体的高张拉强度是岩体起劈压力高于土体起劈压力的主要原因.
2)裂隙扩展
如图1-1中曲线BC 阶段所示，土体开始劈裂以后，裂隙迅速扩展，压力也随之迅速衰减，当注入的气体体积等于气体向土中的渗漏量且气体压力等于土体的起劈压力时，裂隙停止扩展，裂隙的扩展时间较短，一般仅有3~6s.
3)裂隙维持
如图1-1中的CD 段所示，裂隙停止扩展以后一段时间内，注入的气体体积等于气体向土中的渗漏量且气体压力等于土体起劈压力，此时裂隙处于维持阶段.裂隙上覆土体悬覆于气体之上，尽管裂隙并不继续扩展，但是维持一段时间是有益的;在裂隙的维持阶段，注入的气体可以清除裂隙内的残余物质，从而有效地增加裂隙宽度，显著地提高裂隙内流体的运移速率(流体的流速与裂隙宽度的立方成比例).
4)残余裂隙
如图1-1中的DE 段所示，停止向土体中注入气体后，气体继续向周围土体中渗漏，因此气压随之降低，当气压降低到零时裂隙并不会完全闭合，仍存在一定的残余裂隙.已有研究表明，气压劈裂形成的裂隙具有一定的“自支撑型”(self-proppin-)，这主要是由于气压劈裂过程中形成的裂隙表面并非完全光滑，具有一定的粗糙度，且裂隙上下面的岩土体会发生一定量的水平位移，因此裂隙不能完全闭合.
5)重新劈裂
裂隙闭合后，再次向裂隙中注入气压，裂隙将会重新张开.裂隙重新劈裂过程的压力时间曲线形态和**劈裂的类似，但是压力幅值大小具有以下几点特征:重新劈裂的起劈压力小于**劈裂的起劈压力(图中F- 段);重新劈裂的维持压力小于重新劈裂的起劈压力;随着重新劈裂次数的增加，维持压力也随之降低.
**劈裂和重新劈裂的起劈压力差异主要是由于土体的张拉强度(初始黏聚力)影响的缘故，土体**劈裂以后，其张拉强度(黏聚力)随之降低，后续的劈裂过程中，需要克服的残余张拉强度(黏聚力)也随之降低，因此起劈压力也随劈裂次数的增加而降低.
重新劈裂的维持压力小于重新劈裂的起劈压力的可能原因是土体劈裂后，其残余张拉强度(黏聚力)不能完全消失，另外，气体的可压缩性及土体的惯性(劈裂过程很快)也可能是重新劈裂的维持压力大于重新劈裂的起劈压力的缘故.随着重新劈裂次数的增加，维持压力也随之降低的可能原因是重复的劈裂过程会进一步弱化和扰动土体，重新劈裂也可以清除裂隙内的松散沉积物质.在后续重新劈裂过程中监测的土体上抬量逐渐减少现象可以在一定程度上验证这一点.
2. 气压劈裂裂隙扩展方向
土体的应力历史?应力状态及土层成层性均会影响裂隙的扩展方向.现有的研究成果对裂隙扩展方向的认识是一致的，裂隙的扩展方向垂直于*小主应力方向(图1-2)，当*小主应力为水平向时，裂隙为竖向裂隙;当*小主应力为竖向时，裂隙为水平裂隙[2].
图1-2 土体的应力状态对裂隙扩展方向的影响(图片来源:文献[2])
气压劈裂前后土层的渗透试验结果对比可以在一定程度上反映气压劈裂裂隙扩展方向.试验结果见表1-1[2]，由表1-1可见，劈裂后，在气压劈裂段土层的渗透系数增加显著，在气压劈裂段上面的土层的渗透系数也有一定程度的增加，但是在气压劈裂段下面的土层的渗透系数增加程度可以很小，这表明气压劈裂的裂隙在劈裂段深度主要为水平状，但是也会发生一定的向上倾斜，因此增大了劈裂段深度以上土层的渗透系数.
大多数情况下，现场浅层土为超固结土，*小主应力为竖向方向，因此浅层的气压劈裂多产生水平的裂状裂隙，随着深度的增加，发生竖向裂隙的可能性也随之增加，在预劈裂深度处开槽的方法可以在范围内形成水平裂隙.土体现场的应力状态是控制裂隙传播方向的*主要因素，因此可以通过改变现场应力场的方法在一定程度上控制裂隙的扩展方向，例如，Suthersan[3]报道了采用人为施加的地表荷载(如车辆等)成功地控制裂隙传播方向的实例.
3. 气压劈裂的监测方法[2]
气压劈裂过程的主要监测内容包括压力监测和地表位移监测等，主要的监测方法有:参考梁?测斜仪?孔下照相?孔下压力传感器及监测井等.在浅部土层(<3m)中进行劈裂时，劈裂引起的地表上抬甚至可用肉眼观测到.
1)参考梁(referencebeam)气压劈裂过程中地表位移的监测是评价裂隙的形成和扩展过程的有效途径之一.在距喷气孔不同位置架设上抬杆，上抬杆(heaverods)的布设间隔通常为1ft (1ft=0.3048m)，通过记录上抬杆的位移可以得到地表位移.由于土体的压缩性可能吸收一部分变形，因此监测的地表位移为裂隙宽度的下限值，土体中裂隙的宽度应该大于或等于地表的位移.根据监测的地表位移情况，可以判断裂隙的扩展半径和裂隙宽度.
通过监测地表位移的方法评价裂隙的形成和扩展过程存在一定的局限性，这是因为气压劈裂点埋深增加时，监测到的地表位移随之减少，裂隙引起的上抬被土体的弹性应变吸收，因此监测的地表上抬量不能完全反映裂隙宽度;另外，参考梁法记录的地表上抬量仅为其*大值，不能记录裂隙的扩展历时过程，因此不能完全反映评价裂隙的扩展过程.因此，在其后的工程实践中发展了可以完全记录裂隙扩展历时过程的地表倾斜度测量仪.
2)地表倾斜度测量仪(tiltmeters)
地表倾斜度测量仪(测斜仪)可以监测裂隙引起的地表上抬历时发展过程，

**篇土体气压劈裂理论
**章绪论3
1.1气压劈裂技术简介3
1.2气压劈裂与水力劈裂的比较10
参考文献12
第二章土体气压劈裂机理与劈裂压力13
2.1土体气压劈裂机理理论分析13
2.2土体气压劈裂的室内模型试验22
参考文献41
第三章土体气压劈裂裂隙扩展特性及其理论模型43
3.1压力控制圆孔扩张理论模拟气压劈裂初始阶段43
3.2土体中气压劈裂裂隙扩展理论分析模型54
参考文献66
第二篇排水粉喷桩复合地基新技术
第四章排水粉喷桩复合地基技术与现场试验71
4.1排水粉喷桩复合地基技术71
4.2排水粉喷桩复合地基加固软基现场试验177
4.3排水粉喷桩复合地基加固软基现场试验293
参考文献101
第五章排水粉喷桩复合地基变形特性与设计方法103
5.1基于桩土非等应变的排水粉喷桩复合地基沉降计算方法103
5.2路堤荷载下排水粉喷桩复合地基固结机理与计算方法116
5.3排水粉喷桩复合地基设计方法131
参考文献142
第三篇劈裂真空法加固软基新技术
第六章劈裂真空法加固技术原理与试验研究149
6.1劈裂真空法加固软土室内模型试验研究149
6.2劈裂真空法加固软土地基现场试验研究200
6.3劈裂真空法加固软基的加固机理218
6.4劈裂真空法加固软基施工工艺221
参考文献221
第七章劈裂真空法加固软基固结理论与设计方法223
7.1考虑裂隙作用的劈裂真空法固结模型223
7.2劈裂真空法加固软基固结度简化计算方法254
7.3基于变形控制的劈裂真空法设计方法260
参考文献271

《土体气压劈裂原理与工程应用》可供从事岩土工程及其相关专业的科技人员、高等院校师生参考.