在粉喷桩、浆喷桩的施工过程中,一些学者观察到土体中会产生劈裂现象,但对该现象国内外尚无人进行深入系统的研究。本文以软土地基加固过程中出现的气压劈裂现象为研究对象,采用室内模型试验和数值模拟相结合的方法,研究了气压劈裂的机理、气压劈裂对土体固结过程的影响以及气压作用下土体响应的基本规律。 首先对气压劈裂相关领域的主要研究成果进行了总结。在此基础上,研制了一套室内模型试验装置,用以研究气压劈裂的机理及其对土体固结过程的影响。试验装置分为四部分：模型槽、抽真空系统、监测系统和高压喷气系统。通过高压喷气系统向土样内部施加高压气体,产生气压劈裂；监测系统的监测内容包括土样的孔压、真空度、沉降和排水量等。气压劈裂的模型试验分为气压劈裂影响评价试验和土体响应试验。气压劈裂影响评价试验采用对比的方式进行,将模型槽等分为两部分,试验时只向其中一侧土体施加气压,对比喷气部分和不喷气部分试样的沉降和排水情况,试验结果表明气压劈裂现象可显著加快土体沉降速率,缩短土体固结时间。进行气压劈裂的土体响应试验时,向土样内部喷入高压气体,并记录喷气时和喷气之后土体内部不同位置处的孔压,通过分析孔压的变化规律,得出在气压作用下土体的响应具有“四阶段”变化规律。 在室内模拟试验的基础上,采用数值模拟方法对高压气体作用下土体的响应规律进一步进行探讨。本文采用压力控制的小孔扩张理论模拟土体响应的初始阶段。首先介绍了拉格朗日元法的基本原理、土体本构模型和参数选取,建立了压力控制的小孔扩张计算模型。在大多数实际工程中,土层内部的初始应力是各向异性的,以此为切入点,本文利用压力控制的小孔扩张计算模型,分析了气压作用下孔周土体的变形、屈服和孔压的变化,总结出压力作用下孔周土体响应的基本特性。研究了土体强度与初始应力水平等对土体响应的影响,得到使土体产生破坏所需最小孔内压力的经验公式,并对气压作用下土体的破坏机理作出合理解释。 本文采用试验、理论、数值模拟相结合的方法,对土体的气压劈裂机理进行了初步探讨,得到了一些结论,为今后进一步的理论和应用研究初步奠定了基础。