我国山地和丘陵面积占国土的70%以上,山区类型众多,地形地貌复杂、环境恶劣、经常发生崩塌、泥石流和山体滑坡等地质灾害。受自然或人为因素影响,边坡易出现局部坡面变形、护面墙鼓胀破损、边坡平台开裂等现象,该状态为边坡变形破坏的临界状态,一旦边坡失稳,将对公路、铁路、居民建筑等造成极大的安全隐患,带来巨大的财产损失并造成严重的社会影响。在边坡治理工程中,大量抗滑桩仍采用人工挖孔的形式进行施工,为提高钻进效率,机械钻孔抗滑桩加固法被提出。该方法在施工中选用潜孔锤反循环钻进可更加高效、安全地完成抗滑桩孔的钻掘。潜孔锤反循环钻进技术具有钻进效率高效、排渣能力强、山区复杂地形适应性好等特点,在松散破碎地层施工时,结合跟套管技术,一边钻进一边护孔,能够满足复杂地层快速成孔的需求,实现滑坡的应急处置。然而,在钻进过程中,往往会有地层水流入孔内,使井内情况复杂,易出现卡钻,岩屑上返堵塞等问题。根据不同的水侵情况,在保持岩屑顺利排出的条件下选择最小的注气量,是空气反循环钻进的一个技术难点。根据地层出水程度,分析岩屑及气液固三相流运移状况,选择最小注气量,有利于降低成本,提高钻进效率。为探究不同地层出水量、机械钻速和岩屑粒径条件下空气反循环携岩上返所需最小注气量并研究其影响因素,本文设计并加工了一套反循环多相流试验装置,以侵入水量、机械钻速和岩屑粒径为变量测定了不同条件下岩屑上返所需的最小注气量,并利用高速相机测量了岩屑的运移和速度变化。结果表明,管内多相流以环状流为主,运移中的岩屑大量分布于管路中心,并呈螺旋上升运动,其轴向速率随位移增加至最大值后保持恒定;当机械钻速小于0.9m/h时,注气量随机械钻速增加而增加且增幅较低,当机械钻速大于0.9m/h时,注气量随机械钻速增加的增幅提升。岩屑粒径为2mm且机械钻速小于1.2m/h时,注气量随侵入水量增加呈增加-不变-增加的变化趋势;岩屑粒径为2mm且机械钻速为1.5m/h时,注气量随侵入水量增加至一定值后保持稳定。岩屑粒径为3mm时,不同机械钻速条件下的注气量均随侵入水量增大至一定值后保持稳定。岩屑粒径为4mm时,注气量随侵入水量的增速呈增大-降低的变化趋势,当侵入水量大于0.72m3/h时,注气量有持平趋势。当侵入水量为0.36m3/h时,岩屑粒径对注气量的影响较小,其它情况下,携岩屑上返的最小注气量随岩屑粒径的增大而增大。为进一步分析并验证多相流运动室内试验结果,本文分析了多相流中各组分的相互作用,建立了多相流运动的数学模型;使用CFD软件FLUENT对多相流的运移进行了数值模拟,结果表明:流场中心多相流的轴向速率随多相流的位移增大,在流场中部达到速度最大值后保持不变直至离开流场;流场边缘多相流轴向速率随多相流位移不断降低,最终保持一个较低的速度悬浮上升。岩屑运移最大速度和多相流压降均随机械钻速的增大而增大,当机械钻速小于0.9m/h时,岩屑运移最大速度和多相流压降随机械钻速增幅较低,当机械钻速大于0.9m/h时,岩屑运移最大速度和多相流压降随机械钻速增幅提升。岩屑粒径为2mm,机械钻速小于1.2m/h时,岩屑运移最大速度和多相流压降随侵入水量增加呈增加-不变-增加的变化趋势;岩屑粒径为2mm,机械钻速为1.5m/h时,岩屑运移最大速度和多相流压降随侵入水量增加至一定值后保持稳定。岩屑粒径为3mm时,不同机械钻速条件下的岩屑运移最大速度和多相流压降均随侵入水量增大至一定值后保持稳定。岩屑运移最大速度和多相流压降随岩屑粒径增加整体表现为增大趋势,但增量较低,变化并不明显。最后比对室内试验和数值模拟结果中侵入水量为0时,管路入口向上450mm位置岩屑颗粒轴向速度,二者变化规律大体一致,试验结果验证了数值模拟结果的准确性。