随着我国经济和技术的发展,地下空间的开发利用成为当前发展趋势。地下工程由于受到地下水和地质条件的影响而面临坍塌、突水等挑战。高压旋喷注浆技术是一种加固土层和防水止水的有效手段,通过喷射流形成的压力切削土体,将土颗粒置换为浆液构成具有一定直径的桩体。目前,高压旋喷注浆法设计理论建立在工程类比的基础上,高压喷射流破土机理的研究需要继续深入。本文基于砂土和砂卵石土喷射流破土模型试验,并借助离散元软件采用流固耦合模型对高压喷射流破土过程进行模拟,研究不同工况下高压喷射流破土距离变化规律,旨在加深对高压喷射注浆机理的认识,为高压旋喷注浆的设计和施工提供参考。主要研究内容如下:(1)首先针对喷射压力、上覆压力和喷射时间这三种影响因素进行了在砂土中的模型试验,通过改变喷射压力、上覆压力和喷射时间等参数,得到喷射距离随喷射压力、上覆压力和喷射时间的变化规律。通过模型试验研究得到喷射距离随喷射压力的增大而增大,并且增大趋势逐渐减缓;随着上覆压力增大呈凹曲线式减小;喷射时间越长喷射距离越大,并且增大趋势逐渐减缓,最后达到稳定。通过敏感性分析得出喷射压力对喷射距离的影响最大,其次是喷射时间,上覆压力对喷射距离的影响最小。(2)在砂卵石土层中进行喷射流破土模型试验,研究卵石颗粒的大小对喷射流破土过程中主要力学性质的影响和对喷射流破土效果的影响。随着卵石颗粒粒径的增大,喷射流主要作用由劈裂逐渐转为渗流,喷射距离明显减小。喷射距离随喷射压力的变化呈增加趋势,与砂土一样增大趋势逐渐减缓;喷射流随上覆压力的变化呈线性减小。(3)利用数值模拟对模型试验进行模拟,明确了喷射流破土机理为土体劈裂和改变喷射压力、上覆压力与添加卵石颗粒对土体中细观力学性质的影响。通过颗粒流模拟模型试验得出模拟结果与试验结果相差不大。(4)将土体模型扩大,模拟砂土层中超高压喷射流破土,得到高压喷射流破土的宏观物理现象和细观力学变化。喷射距离随着喷射压力的增长呈阶梯状趋势增加,空腔宽度随着喷射压力的增长呈阶梯状+锯齿状趋势增加,土体颗粒位移随喷射压力的变化同喷射距离和空腔宽度的变化相似,土层中流体压力分布呈波动,有正负两个峰值,并且随着喷射压力的增大流体压力峰值也增大,随着模拟的进行空腔内流体压力在漩涡的作用下逐渐变为无序的散乱分布。