岩石钻孔原位测试技术的应用与改进

 如何确定岩体工程力学特性是工程设计中的重要问题,也是长期困扰工程界的难题。由于原位测试技术可克服室内试验扰动性及尺寸效应等缺点,逐渐发展成为一种重要的岩体力学参数取值手段。钻孔剪切试验技术近年来被广泛应用于土体现场直剪试验中,但其在岩石工程中的应用较为少见。对所引进的岩石钻孔剪切仪进行工程现场岩体钻孔剪切试验应用尝试,得到有益的试验结果。针对岩石钻孔剪切仪在工程实际应用中所存在的问题及不足,对其进行改进与完善。在此基础上,研制开发新的岩石原位测试设备--钻孔剪切弹模原位测试系统,实现同步获取岩体力学及变形参数,为岩体钻孔高效利用以及岩体工程力学参数的确定提供新的途径。     

黄土状粉质黏土PMT与SPT相关性研究

旁压试验与标准贯入试验是常见的2种原位试验方法,旁压模量、极限压力、标准贯入击数是刻画土体力学性质的参数指标。标准贯入试验操作简单且成本较低,旁压试验可获取土体多个力学参数指标,但操作复杂且造价昂贵。本文旨在揭示黄土状粉质黏土旁压模量、极限压力、标准贯入击数随土体天然含水率变化的演化特征,进而探究旁压模量、极限压力关于标准贯入击数的经验表达式。为此选取河南郑州地区某铁路黄土路基,开展47组旁压试验与标准贯入试验,回归分析得到旁压模量、极限压力、标准贯入击数、土体天然含水率的经验关系,并基于统计学分析方法开展假设检验,验证经验关系的可靠性。研究结果表明：随着天然含水率增大,郑州地区黄土状粉质黏土标准贯入击数、旁压模量、极限压力均线性减小,当含水率增大至塑限后,标准贯入击数、旁压模量、极限压力的线性减小速率均增大;旁压模量与标准贯入击数、极限压力与标准贯入击数均存在线性关系,假设检验方法 F检验验证了旁压模量、极限压力经验表达式的有效性;与已有研究相比,本文试验得出的经验表达式具有更高的相关系数,本试验采用的PMT与SPT相关性经验公式拟合分析方法在黄土状粉质黏土中适用性更佳。研究成果可为...     

旁压试验在黄土地区地基勘察中的应用

在介绍了旁压试验原理及试验方法的基础上,结合西北黄土地区某工程的旁压试验,对黄土地基旁压试验P-V曲线的特点和相关特征指标进行了分析。由旁压曲线推求了土的变形模量、压缩模量、地基承载力等力学和工程特性指标,为评价该工程的地基条件提供了依据。     

黏性土旁压试验与标准贯入试验土体参数相关性分析

旁压试验(PMT)和标准贯入试验(SPT)都具有测试深度大、适用范围广等优点。利用旁压试验可以获得土体变形模量和抗剪强度,利用标准贯入试验可以获得土体标准贯入击数,建立二者之间的区域性相关关系可以丰富试验数据,降低工作成本。以厦门轨道交通1号线勘察工作为背景,标准贯入试验和旁压试验数据为基础,建立了花岗岩残积粉质黏土、辉绿岩残积粉质黏土修正标准贯入击数与变形模量、不排水抗剪强度之间的关系式。结果表明,花岗岩残积粉质黏土的工程特性要优于辉绿岩残积粉质黏土。标准贯入击数与土体变形模量、不排水抗剪强度之间存在很高的相关性,可以建立区域性经验公式,以标准贯入击数获取土体变形模量和不排水抗剪强度。     

静力触探试验在地铁车站工程勘察中的应用

静止侧压力系数和压缩模量是地铁车站深基坑支护结构设计和模拟分析的重要输入参数,直接关系到计算的准确性和设计的可靠性。静力触探作为高精度、微扰动的原位测试方法之一在力学参数的测试和获取上具有明显优势。依托武汉地铁5号线和平公园站岩土工程勘察项目,在分析场区工程地质条件及土层基本工程特性的基础上,采用静力触探方法对各层土进行了数据采集和分析,研究了场区黏性土、粉土、砂土的压缩模量和静止侧压力系数与比贯入阻力之间的关系。研究成果表明,黏性土、粉土、砂土的比贯入阻力差异较大,能较好地反映土的力学特性,各层土的压缩模量皆可以用比贯入阻力的幂指数关系进行表达;静止侧压力系数与归一化的比贯入相关性较好,且与室内三轴试验获得的静止侧压力系数误差较小。     

岩石试样的杨氏模量与围压的关系

岩石种类繁多、变形历史复杂，围压对杨氏模量的影响规律尚缺乏明确的结论。由于岩样轴向压缩的应力-应变曲线并非直线，杨氏模量的数值依赖于确定方法。与割线模量相比，平均模量是应力-应变曲线中近似直线部分的斜率，受试验条件的影响较小。表示了应力与应变之间的变化关系。利用伺服试验机和文献上的试验结果得到了不同岩石的平均模量与围压的关系，宏观均匀致密的岩样或仅含有局部缺陷的岩样，杨氏模量与围压无关，从风化岩石和软弱岩石钻孔取芯得到的岩样，通常含有分布的裂隙，增大围压可以增大隙裂面之间的摩擦力，抑制剪切滑移的产生，从而提高杨氏模量，杨氏模量随围压的变化体现了岩样内部的损伤状态。     

广州地区土层变形模量试验与取值方法研究

为建立简单、易行、经济、可靠的变形模量参数的室内及原位测试的常规方法,依托广州地铁集团有限公司立项科研项目《广州地铁工程范围岩土层物理力学参数区划及地基系数研究》(项目编号:07A021),通过大量的标准贯入试验、旁压试验、螺旋板载荷试验及室内固结试验等对广州地铁范围不同地质单元的岩土层变形模量进行了测试,对测试结果进行了对比、分析、统计与归纳,提出了适合广州地区的变形模量测试方法和较为简便的取值公式。     

钻孔灌注桩后压浆技术在某站房工程中的应用

结合京石铁路客运专线石家庄站站房工程地质条件，介绍了钻孔灌注桩后压浆技术在该工程中的应用，分别阐述了后压浆参数、施工工艺及相关技术要求，实践证明钻孔灌注桩采用后压浆工艺后，承载力得到大幅度提高且桩的贯入变形显著减少。     

刚果(金)SICOMINES矿区工程勘察全波列测井成果分析研究

在矿区工程地质勘探中,获取深部基岩的物理力学参数的方法往往比较单一,一般通过野外钻探采样返回实验室进行岩石试验来获得。全波列测井是一种较好的原位测井方法,通过声波探头在井内的激发、接收来获取深部基岩波速值,根据公式计算岩体的物理力学参数。本文通过介绍全波列测井设备、操作过程及软件处理方法以及对SICOMINES矿区GK02号钻孔的全波列测井曲线分析,总结了全波列测井资料处理方法和试验结果在矿区工程地质勘探中的重要性,并通过与室内试验和钻探岩芯的比较,更好地查清了矿区边坡中的软弱层,为矿区进行工程地质岩组划分与边坡计算提供了重要依据。     

复杂卸荷路径下饱和粉土剪切特性研究

为研究基坑开挖卸荷路径下土体的力学特征，开展了饱和粉土卸荷路径三轴排水剪切试验，获取了不同应力路径的应力应变曲线，分析了卸荷比、围压和应变水平对割线模量的影响，提出了饱和粉土卸荷模量简化公式。结果表明：不同卸荷应力路径的应力应变曲线均呈应变软化型，卸荷模量随卸荷比的减小、围压的增大而增大。K₀固结侧向卸荷路径(EB)的峰值剪应力高于K₀固结双向卸荷路径(EC、FD)；应力路径对割线模量衰减的影响程度差异显著，K₀固结双向卸荷路径(EC、FD)对割线模量衰减的影响最大。说明基坑坑底土体强度较高，受开挖的影响较小，抗变形能力较大，在基坑工程设计中，应考虑基坑不同区域对应的割线模量。     

软岩的旋转触探参数与力学参数的内在关系研究

 为实现软岩原位旋转触探,以达到连续、快速、准确地确定软岩力学参数的目的,必须清楚软岩的力学参数与触探时荷载参数的内在关系。以砌块、特级石膏A、特级石膏B和模具石膏试样来模拟单轴抗压强度不超过15 MPa的软岩,采用成孔直径相同的角片式探头及锥柄式标准麻花探头,在相同运行参数下,对这几种类型试样进行旋转触探及单轴抗压和抗剪试验,获得探头上的轴向压力和扭矩及试样的抗压强度、弹性模量和抗剪强度值。并根据探头上切刀对试样加载方式与试样的单轴抗压和抗剪试验中的加压板加载方式的相似性,从理论上建立触探时轴向压力、扭矩与试样的抗压强度、弹性模量、黏聚力及内摩擦角的数学模型,即2套参数间的内在理论关系：触探时试样局部处于体积破坏阶段时,轴向压力、扭矩和试样的抗压强度、黏聚力及内摩擦角有关,但与弹性模量无关,且轴向压力、扭矩随着抗压强度、黏聚力的增加而呈线性增加;而处于研磨阶段时,轴向压力、扭矩和试样弹性模量、黏聚力及内摩擦角有关,与抗压强度无关。     

沙漠砂EPS轻质混凝土的制备及其力学特征研究

针对目前国内外尚无对沙漠砂EPS混凝土进行相关研究的状况,在综合现有技术的基础上,经多次试验制备出不同干密度的沙漠砂EPS混凝土试件,并对其进行了单轴压缩试验,试验结果表明:(1)沙漠砂EPS混凝土的干密度与其单轴抗压强度及割线模量E50呈线性增长关系,干密度范围在500~1 100 kg/m^3试件单轴抗压强度范围在0.5~8 MPa之间,割线模量E50在60~350 MPa之间;(2)沙漠砂EPS混凝土的力学特征介于软岩硬土之间,是一种介于两者之间的中间岩土类材料。     

基于能量法测量节理岩体品质因子的实验研究

品质因子是衡量岩体中应力波衰减特性的一个重要参数。利用分离式霍普金森压杆实验系统对含人工节理花岗岩试样进行单轴冲击压缩实验,研究节理吻合系数(JMC)对岩体试样品质因子的影响。首先,根据品质因子基本概念得出了利用应力波能量计算品质因子的方法,并证明在试样严格满足应力均匀条件时,其与应力–应变曲线方法是等价的。然后,用三波法得到了节理试样的应力–应变曲线,同时用应力波能量方法计算了品质因子。实验结果表明:随着节理吻合系数(JMC)降低,应力–应变曲线滞回环面积增加,节理岩体试样的动态割线模量和品质因子均减小,说明节理接触面积减小弱化了整个试样并且使试样能量耗散能力增加。     

单轴压缩条件下柱状节理岩体变形和强度各向异性模型试验研究

 柱状节理岩体作为一种典型的结构岩体,由于柱状节理构造的存在,其变形和强度表现出显著的各向异性特性。为研究柱状节理岩体的力学各向异性,采用模型试验方法,以石膏、水泥和水的混合物为模型材料,制作具有不同柱体倾角(? = 0°～90°)的圆柱形柱状节理岩体试件,通过单轴压缩试验得到柱状节理岩体在不同柱体倾角?下的变形模量和单轴抗压强度。在此基础上绘制出变形和强度随柱体倾角变化的各向异性曲线,分析柱状节理岩体变形和强度的各向异性特性：柱状节理岩体变形和强度各向异性曲线都呈现近似“U”型,单轴抗压强度在? = 30°时取得最小值,在? = 90°时取得最大值,强度各向异性比达到1.5,表现出较显著的各向异性;变形模量在? = 30°～60°范围内取得较小值,侧向应变比大于0.5。同时,根据试验结果,总结柱状节理岩体在单轴压缩应力条件下的4种典型破坏模式,并对其破坏机制进行分析。     

酸性环境干湿循环作用对泥质砂岩力学参数的劣化研究

针对降雨和库水位升降对库岸边坡消落带岩体力学参数的劣化问题,选取泥质砂岩进行不同p H水环境干湿循环作用下的单轴与三轴压缩试验,结合室内试验结果,应用广义Hoek–Brown准则求得不同地质强度指标评分(GSI)下岩体的单轴抗压强度、弹性模量、材料常数和黏聚力。研究表明:破碎程度越大的泥质砂岩受浸泡的溶液酸性越强、干湿循环次数越多,其力学参数劣化程度就越高;在同一个GSI评分下,泥质砂岩各个力学参数随p H值和干湿循环次数n的劣化效应排序有所差异,综合劣化效应最大为弹性模量,累积劣化效应最明显为黏聚力,其劣化系数与浸泡溶液的p H值、干湿循环次数的对数ln(n)成线性相关。基于上述研究提出了泥质砂岩力学参数与p H值、干湿循环次数n的三维劣化方程,为酸性环境干湿循环作用下现场岩体力学参数的获取以及边坡稳定性寿命的预测提供了理论依据。     

施工期混凝土重复荷载作用下的受压应力-应变关系

通过对不同龄期的施工期混凝土试件进行重复荷载作用下的受压试验,分析了龄期对混凝土受压应力应变全曲线特征参数的影响规律,提出了重复荷载作用下施工期混凝土的动力本构关系的计算模型,探讨了龄期、混凝土强度等级与本构关系计算模型各参数之间的关系.结果表明：随着龄期的延长,混凝土的弹性变形阶段延长,同一应力水平下混凝土的轴向变形减小,混凝土的峰值应力、初始割线模量和峰值点割线模量增加,峰值应变减小,外包络线上升段及下降段更陡峭.     

含交叉裂隙岩石试样单轴力学特性与破坏机理

为系统性地研究节理岩体在单轴压缩试验条件下其力学特性及破坏机理,利用MTS-815岩石试验装置对完整岩石试样、不同构型单裂隙和交叉裂隙岩石试样进行单轴压缩试验,分析了各构型试样的力学参数及能量演化规律。与完整岩石试样力学参数相比,含单裂隙岩石试样的强度和弹性模量相对较小,含交叉裂隙岩石试样各项参数值最小。在加载过程中,含交叉裂隙岩石试样用于裂纹产生及发展的耗散能远大于完整岩石试样和含单裂隙岩石试样。一般地,含交叉裂隙岩石试样裂纹从预制交叉裂隙尖端起裂,首先贯通同侧预制裂隙形成反翼型裂纹,最终呈拉伸劈裂型破坏。     

抚州泥质粉砂岩饱和单轴抗压强度试验研究

岩土工程勘察任务之一是为设计提供相应的岩土设计参数,试验研究表明,反映岩石工程性质的一些主要物理参量之间存在着密切联系,这种联系表现在它们之间有着较好的相关性。本文对抚州泥质粉砂岩的饱和单轴抗压强度与其它物理量之间相关性进行了对比试验研究,通过回归分析,建立了饱和重度与饱和单轴抗压强度、点荷载试验强度与饱和单轴抗压强度以及饱和单轴抗压强度与割线模量和三轴抗压强度的相关方程,初步实现了由易测的物理量估算难测或测试技术要求高的物理量。同时分析了现有点荷载试验强度与单轴抗压强度经验公式的适用性。     

三轴应力下塑性混凝土应力应变关系试验研究

通过4组塑性混凝土的单轴和常规三轴压缩应力应变全曲线试验,研究了三轴应力下塑性混凝土应力应变关系.结果表明：在围压作用下,塑性混凝土轴向应力应变曲线与单轴压缩下的曲线差别明显,主要表现为直线上升段很短,曲线上升段较长,无明显峰值点,下降段较平缓.利用割线模量表征塑性混凝土三轴应力下应力应变曲线上升段的主要变形特征,分析了影响割线模量的主要因素,建立了割线模量与围压、单轴抗压强度和弹性模量之间的关系式.研究了塑性混凝土三轴应力下峰值应变随围压、单轴应力下抗压强度及峰值应变的变化规律,并建立了相应的关系式.全面分析了塑性混凝土单轴及三轴作用下应力应变曲线特征,通过归一化处理后,拟合出常规三轴应力下塑性混凝土轴向应力应变关系式.     

层状砂岩各向异性力学特性试验研究

岩体的各向异性力学特性对工程安全稳定具有至关重要的影响。针对工程中常见的层状砂岩,设计进行0°,15°,30°,45°,60°,75°和90°等7种层理角度的单轴和三轴压缩试验,详细分析层理角度对岩体力学特性和破坏模式的影响。研究结果表明:(1)不同层理角度岩样的应力–应变曲线形态基本一致,均包括压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,随着层理角度的增加,应力–应变曲线的压密阶段逐渐变短;(2)在单轴和三轴压缩状态下,层状砂岩各向异性特性明显,层理角度从0°增大到90°,弹性模量逐渐增大,而变形模量、抗压强度、黏聚力和摩擦角先减小后增大,呈U型分布,在0°或90°时达到最大值,60°左右时达到最小值;(3)随着围压的增大,其对层理弱面开裂滑动的限制作用逐渐增强,层理弱面对岩样的破坏模式影响效应逐渐减弱,不同层理角度岩样的力学参数差别逐渐减小,岩样的各向异性特性逐渐减弱;(4)层状砂岩的破坏模式与层理角度和围压的关系密切,可以归纳为3种类型:劈裂张拉破坏、顺层理弱面的剪切滑移破坏、局部顺层理弱面和局部穿越基质、层理弱面的复合剪切破坏。研究结论可为层状砂岩相关的工程变形稳定分析提供参考。