气压劈裂裂隙对土体渗透特性影响研究

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1、东南大学硕士学位论文气压劈裂裂隙对土体渗透特性影响研究姓名：韩文君申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：刘松玉;章定文20090118摘要气压劈裂是指岩土体在高压气体作用下产生裂隙并发展的过程。对气压劈裂问题，国内外尚未形成相应的理论，对其工程应用研究甚少。本文以气压劈裂裂隙对土体渗透性影响为切入点，采用室内模拟试验、现场试验和理论分析相结合的方法，在研究气压劈裂裂隙扩展特性的基础上，分析气压劈裂裂隙对土体渗透性影响机理与预测方法，并分析了其主要影响因素。主要研究内容与成果如下：(1)系统总结了土体中气压劈裂的研究进展和含裂隙土体渗透性的研究

2、成果，并指出了现有研究中存在的不足和需要解决的问题。(2)通过室内模型试验的方法对气压劈裂现象进行了研究。分别进行了气压劈裂土体响应试验和气压劈裂裂隙对土体渗透性影响试验。通过气压劈裂土体响应试验，得到了气压劈裂的影响范围、起劈压力大小等。气压劈裂土体响应试验结果表明，随着喷气压力的增大，气压劈裂的影响范围增大；随着上覆压力的增大，气压劈裂的影响范围变小。气压劈裂裂隙对土体渗透性影响试验结果表明，气压劈裂裂隙的存在可显著加快土体固结速度，缩短固结所需的时间，反映在渗透性则是对土体宏观渗透系数的提高。试验结果为气压劈裂技术的工程应用提供了理论依据。

3、(3)现场单点喷气的气压劈裂试验表明，土体在高压气体作用下，生成较大的超静孔隙水压力，产生劈裂裂隙。喷气压力为0．4-o．5MPa时，最大影响范围为2．5m。通过超静孔隙水压力消散规律发现，裂隙的存在为超静孔隙水压力的消散提高良好的通道，加速了超静孔隙水压力的消散，加速土体的固结，表现为提高土体宏观渗透系数。(4)采用理论分析的方法，研究了土体中气压劈裂裂隙扩展问题，建立了裂隙扩展模型，编制了求解程序，并对气压劈裂裂隙扩展模型的影响因素进行了参数分析。理论分析结果表明，土体中气体渗透性、喷气点深度、喷气量(喷气时间)、喷气压力对于裂隙扩展影响很大

4、，而土体弹性模量、土体泊松比、土体起劈压力大小(强度)对于裂隙扩展影响较小。随着土体气体渗透系数的增大，裂隙宽度的最大值和裂隙半径都随之减小；随着喷气深度的增大，裂隙宽度最大值变小，而裂隙半径增大；随着喷气量的增大，裂隙宽度最大值和裂隙半径都逐渐变大；随着喷气压力的增大，裂隙宽度最大值和裂隙半径都逐渐变小。(5)利用岩土体裂隙渗透定律一立方定律对气压劈裂裂隙渗透性进行分析。将裂隙等效为土体中孔隙，建立了裂隙对土体渗透特性影响的预测方法，并分析了其影响因素。其影响变化规律为：随着等效体积的增大，裂隙渗透系数不变，等效渗透系数变小；随着气体渗透系数的

5、增大，裂隙渗透系数和等效渗透系数随气体渗透系数随之减小；随着喷气深度的增大，裂隙渗透系数和等效渗透系数随之减小；随着喷气量的增大，裂隙渗透系数和等效渗透系数随之增大；随着喷气压力的增大，裂隙渗透系数和等效渗透系数随之减小。关键词：气压劈裂，裂隙扩展，模型，渗透系数，程序AbstractPneumaticfracturingistheprocessofgenerationoffracturesorextensionofexistingfracturesinsoilsandrocksthroughtheinjectionofhigh-pressure

6、airintoboreholes．Althoughthisphenomenonhasalreadybeenrecognized，systematicalresearchofitstheoryisstillfarfromenough．Thedissertationdescribesresearchesoneffectofpneumaticfracturesonsoilpermeability．Bythemethodsoflaboratorymodel，insitutestsandtheoreticalanalysis，propagationofpn

7、eumaticfracture，mechanismsandpredictionmethodsofeffectofpneumaticfracturesonsoilpermeabilityhavebeenresearched．Themainworksandconclusionscallbegivenasfollows：(1)Acomprehensivereviewisconductedontheavailableliteraturesonthepneumaticfracturingandthepermeabilityofcrackedsoil．The

8、problemsintheliteraturesstudiesarediscussed．(2)Modeltestsinlaborator