红层泥岩力学参数与声速相关性试验研究

声波在岩石中的传播速度与岩石强度、变形特性密切相关。以重庆红层地区的169个泥岩样品为研究对象,运用单轴抗压强度试验、单轴压缩变形试验及声速测试等方法进行对比试验研究,采用不同函数关系建立了红层泥岩单轴抗压强度R、弹性模量Ee与纵波声速VP的关系,比较分析:认为红层泥岩采用二阶多项式表达它们的关系最佳,红层泥岩单轴抗压强度R与纵波声速VP经验关系为:R=4.7×10-6×V2P-0.023 4VP+33.771;Ee与纵波声速VP经验关系为:Ee=0.003 7×V2P-19.312V2P+27 333。结合某工程地勘钻孔声波测试成果,运用建立的相关关系对岩体力学参数进行了计算分析,提出了该场地的单轴抗压强度建议值为5~6 MPa,岩体弹性模量建议值为2 000~3 000 MPa。     

荷载-水化耦合下红层泥岩的变形特性

红层泥岩是一种常见的软岩,广泛分布于我国的西南、西北、华中及华南地区。水对红层泥岩的力学特性影响显著,由于降雨因素的影响,红层泥岩地区的边坡频频爆发崩塌、滑坡等工程事故。为模拟红层泥岩地区经历极端干燥天气后突降暴雨,即红层泥岩在不同荷载水平作用下从干燥状态到饱和状态水化作用的全过程,研究红层泥岩在不同荷载水平作用下遇水水化后的变形和强度特征,设计了一个简单试验装置和试验方案,实现了对红层泥岩在荷载-水化耦合作用下的变形特性研究。试验结果表明:①红层泥岩的水化作用明显,红层泥岩的饱和单轴抗压强度远低于干燥岩样的单轴抗压强度,考虑荷载作用下的干燥红层泥岩水化破坏应力水平又远低于泥岩的饱和强度;②破坏是一个渐变的过程,在某一应力水平作用下岩石的变形经历了一个从缓慢增长到急剧增长的过程,但岩样的破坏具有突然性,泥岩破坏后呈泥状。成果可为红层泥岩地区的工程稳定性研究提供一定的参考。     

不同pH条件下红层泥岩崩解特性研究

研究红层泥岩在不同酸碱环境中的崩解特性对保障红层泥岩人工边坡、地基工程的安全性十分重要。通过开展pH为3,7,11条件下红层泥岩的崩解试验,深入了解了红层泥岩在不同酸碱环境下的崩解现象,分析了干湿循环后红层泥岩粒径级配特征、不均匀系数、曲率系数、比表面积增量及崩解率及崩解比的变化规律,揭示了红层泥岩在不同pH条件下的崩解机制。研究表明：pH=3时,红层泥岩崩解现象最剧烈,裂缝出现最早,贯通速率最快;干湿循环后粒径级配均表现出大颗粒减小,小颗粒增多;与pH=7相比,pH=3和11的环境对红层泥岩崩解后颗粒的不均匀系数及曲率系数影响更加明显,增长幅度更大;红层泥岩崩解率与崩解比的变化速率在不同酸碱环境中从大到小依次为pH=3>pH=11>pH=7;在酸性条件下,红层泥岩的比表面积增幅最快,远高于碱性和中性环境。研究成果可为红层泥岩边坡及地基的稳定性分析及工程实践提供参考。     

黑方台古风化红层砂泥岩物理性质试验研究

以黑方台地区白垩纪古风化红层砂泥岩为对象,选择典型剖面进行室内试验和现场回弹试验,获得了砂泥岩基本物理性质参数和回弹试验强度值,对其工程地质性质进行了综合评价,探讨了红层砂泥岩的古风化作用及其对滑坡发育的影响。结果表明:剖面上随着红层风化程度的提高,岩石颗粒密度增大,干密度降低,总孔隙率增大,吸水性减弱,纵波波速降低,岩石回弹值下降,岩石强度明显降低;在黑方台地区虽然导致滑坡发生的直接诱发因素为灌溉,但是基岩表层的软弱带(古风化壳)往往构成黄土滑坡的底界,是黄土滑坡形成的控制性边界条件,是导致区内滑坡频繁发生的基本控制因素。     

水岩作用下红层泥岩蠕变特性

水岩作用下软岩蠕变特性的研究对真实水环境下岩土工程长期稳定性有重要影响。采用轴压水压联合作用岩石流变试验系统,研究了滇中地区红层泥岩不同应力及水压作用下的蠕变特性。研究结果表明:岩样在低应力水平下以瞬时变形为主,蠕变曲线主要呈现出衰减蠕变和稳态蠕变阶段特征,仅在最后一级应力条件下出现加速蠕变阶段;相同水压条件下,泥岩瞬时应变、蠕变应变及蠕变速率均随加载应力的增大而增大,且水压越大,应力对泥岩蠕变的影响越敏感;相同应力条件下,泥岩蠕变应变、蠕变速率以及蠕变变形占总变形的比例均随水压的增大而增大,且应力水平越高,增大水压对泥岩蠕变特性的影响越显著。研究成果对于保证真实水环境下软岩工程安全具有重要的工程意义。     

循环荷载下红层泥岩土累积变形特性

针对红层泥岩土这种特殊的粒类材料,通过动三轴试验研究其在循环荷载下的累积变形特性.在动荷载不超过临界动应力条件下,红层泥岩土累积应变随循环次数的变化有一定规律性:应变在初期是快速增长,随着循环次数的增加,应变增幅减缓,最终达到稳定,且变形主要发生在前1000次的循环阶段.基于动三轴试验结果,并考虑土的类型、应力状态、物理性质和循环次数等主要影响因素,提出了一个计算红层泥岩土累积变形的模型.该模型不仅能反映动、静偏应力和静强度的影响,还考虑了围压对累积应变的影响,能较好地反映累积应变的发展规律,而且模型参数具有明确的物理意义.通过达成线红层泥岩路基现场激振试验,验证了该模型的有效性和实用性.     

滇中红层坝基溶蚀岩体及物理力学特性研究

金沙江观音岩水电站双折混合坝中混凝土重力坝部分坝基位于中生代侏罗系中统蛇店组J2s砾岩、砂岩为主的滇中红层地层上,而岩石胶结物溶蚀现象不利于坝基岩体稳定。为此,在我国红层分布特点基础上,分析了滇中红层沉积、分布特征,系统地研究了红层坝基碎屑岩因胶结物溶蚀而出现的喀斯特现象以及岩体出现小的溶洞、溶孔、溶蚀裂隙及岩体解体、砂化、结构变坏等特征,并进行了红层坝基溶蚀岩体物理力学性质试验研究。结果表明:溶蚀岩体分布特征及其岩体质量力学参数指标达到Ⅲa和Ⅲb类岩体质量要求,坝基适当处理可满足建基面要求。研究成果为坝基建基面确定、溶蚀岩体地质缺陷处理提供了依据。     

基于试验数据的嘉陵江红层物理力学特征研究

选择嘉陵江流域多个水利水电工程实例,在建基红层形成背景和岩石矿物及岩体结构特性分析的基础上,通过对大量岩石试验数据进行统计分析,获得了其主要物理力学特性成果,并通过大量数据建立嘉陵江红层物理指标与力学指标的数学函数,获得两者之间的内在逻辑关系。     

川中红层泥岩颗粒破碎分形特性

红层泥岩填料中泥岩碎块石的含量直接影响压实后填筑体的流变、渗透、强度以及地基变形特性。通过配置不同含水率、不同粗细比的泥岩试样,开展红层泥岩击实后粒径的分布情况及其破碎率和分形维数的研究,探讨分形理论在该种岩土体中的规律和特性。结果表明,泥岩颗粒破碎后的粒径分布具有典型分形特征,分形维数区间分布在2.418~2.529。随着含水率的增加,红层泥岩的破碎率和分形维数均增加。当P₅初始含量较大时,含水率对分形维数的增长影响较大,但初始粗颗粒的增多减缓了分形维数伴随含水率增加而上升的幅度。破碎率和分形维数均是随着含水率的增加而增大,且与P₅初始含量成反比关系,两者具有一定的相关性,满足高斯公式的正态分布关系。     

西南红层泥岩填料膨胀变形宏-微观响应机制

为探究红层泥岩填料的宏观膨胀与微观特征的响应关系,通过有荷、无荷膨胀性试验分析了不同膨胀性泥岩填料的膨胀时程曲线;采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜试验(SEM)研究了泥岩填料的矿物组分和微观结构,从而建立以微观特征参数为中间变量的宏观变形与微观结构定量关系。结果表明：在无荷条件下,泥岩填料膨胀率为泥岩的28.3倍,且膨胀率随蒙脱石掺量呈指数增长;与无荷膨胀率相比,有荷膨胀率显著降低,蒙脱石掺量越高,膨胀率降低速率越慢。试验后黏土矿物含量增加了4.57%,随蒙脱石掺量增加,结晶度和平均晶粒尺寸分别降低18.1%和16.5 nm,几何特征参数与蒙脱石掺量呈线性关系,蒙脱石含量越高,孔径为1～2μm的孔隙数量越多,且膨胀率与微观特征参数之间呈显著指数增长关系。     

鄂西巴东组红层泥岩的水理性质研究

针对红层软岩遇水易软化、崩解的特点,以巴东组红层软岩为例,选取泥岩、粉砂岩进行浸水崩解试验、单轴抗压强度试验,分析红层软岩在不同含水率的情况下的崩解性、软化性。试验结果表明,泥岩水理性质与所含的黏土矿物有关,也与含水率的交替变化程度有关。在天然含水率状态下浸水的岩样,其水理性显现程度较小,而发生干湿交替循环的岩样再浸水后,其水理性就变得极其强烈。     

贵阳红黏土介-微观结构对力学特性影响试验研究

为阐明贵阳红黏土宏观力学强度与变形特性的介-微观机理,同时考虑不同围压、不同干密度下贵阳重塑红黏土宏观力学特性之间的差异,通过不固结不排水三轴剪切试验、N2吸附测试及电镜扫描(SEM)测试,研究了原状和重塑土样因颗粒形态、孔隙结构与分布等不同所产生的宏观力学特性之间的差异。试验结果表明:不固结不排水三轴剪切试验条件下贵阳红黏土原状样应力-应变曲线表现出具有驼峰状的应变软化特性;重塑样则呈现出明显的应变硬化现象。随着干密度的增加,一定围压下重塑样强度曲线硬化现象加强;随围压增加,强度不断增强。原状和重塑土样氮气吸附-脱附等温曲线均表现出明显的Ⅳ型、H3滞后环,曲线整体均呈反“S”型。不过,在平均孔径、比表面积、总孔容积等指标上有差异,反映出原状样孔隙主要由中大孔构成,含部分微小孔;经重塑后大孔和微孔有所减少,介孔呈增多趋势。扫描电镜(SEM)下原状样较重塑样介-微观结构更加复杂,介-微观结构形态参数更加优化,表现出明显的原生结构、更强的力学强度。     

取样卸荷对膨胀性泥岩强度与变形特性影响的试验研究

泥岩强度和变形参数是工程设计与施工控制的重要指标。为研究卸荷作用和水岩作用对膨胀性泥岩强度和变形特性的影响程度,选取南宁盆地典型膨胀性泥岩为研究对象,进行了加卸荷剪切试验和无荷膨胀率试验,在此基础上,分析了卸荷泥岩强度变化规律,探讨了水岩作用对卸荷泥岩变形特性的影响程度。试验结果表明,卸荷作用引起泥岩强度降低,压缩性增大,相比于加载条件,卸荷状态下泥岩的黏聚力明显较高,而内摩擦角则相对较小。引入卸荷比和强度损失率分析了卸荷泥岩的强度变化规律,卸荷泥岩强度损失率随卸荷比增加而增大,当卸荷比为0.7~0.8时,泥岩强度损失率最大。相对于卸荷作用,水岩作用对泥岩变形特性的影响较大,对样品的损伤约占30%~65%。研究结果表明获取试样力学参数中不能忽略取样过程对泥岩强度和变形特性的影响。     

低液限红黏土对混凝土和易性及力学性能的影响

为了探究低液限红黏土对混凝土和易性及力学性能的影响,采用低液限红黏土、碎石、机制砂制备塑性混凝土,探讨黏土掺量与水灰比对混凝土和易性、抗压强度、劈裂强度、弹性模量的影响。结果表明:低液限红黏土能改善混凝土的流动性、黏聚性和保水性,1 h后的坍落度仍能保持在173 mm以上,同时黏土能大幅度地延迟混凝土的初凝和终凝时间和显著降低混凝土的表观密度。黏土等质量替代水泥后,随着养护龄期的延长,混凝土抗压强度、劈裂强度呈对数关系增加。相对而言,黏土掺量对混凝土抗压强度的影响比水灰比要大。黏土掺量越大,混凝土的弹性模量越小,且可采用混凝土抗压强度的线性关系来预测。     

饱和尾矿料动力变形特性的试验研究

介绍对两种饱和尾矿料(尾矿砂和尾矿泥)的动力变形特性进行的一系列试验研究。试验结果表明，饱和疏松的尾矿料具有敏感的不稳定结构，在往返加荷条件下，同一种尾矿料对于不同的固结比，其压力效应的试验结果可以近似地用同一条直线来表示。在固结应力条件和振动次数一定时，饱和尾矿料的残余轴应变随动剪应力比的增大而增大，其变化规律不仅在双对数坐标中呈线形关系，而且，在较小的动剪应力比变化范围内试样就会因残余轴应变的迅速增大而进入破坏状态。     

不同酸碱度对改良红黏土力学性质及结构的影响

红黏土在土类划分上属于特殊性土,由于其特殊的成因过程及成因环境,工程性质也有很大区别。为了研究地下水环境酸碱度对改良土的强度影响,通过将改良土体浸泡到不同酸碱度的溶液中,测试改良土的力学性质,研究不同掺量、浸泡时间和溶液酸碱度对改良红黏土的影响和作用机理。再通过电镜扫描,研究改良红黏土的微观结构,探讨其与力学性质改善的关系。试验结果表明,从宏观上,在酸性环境下改良土凝聚力均随浸泡时间的增长而减小。从微观上,土粒的搭接形式、搭接程度以及颗粒间的胶结程度决定了土体的物理力学性质,而酸碱环境使改良红黏土结构发生变化,土粒间黏结程度得到改善。     

不同应力路径下红黏土的力学特性与含水率的变化规律试验研究

针对实际工程中不同部位土体所经历的应力路径不同的问题,以研究不同含水率、不同应力路径下贵州红黏土的力学特性为目的,选取实际工程中典型的三种应力路径,设计了采用K_0固结方式的不同含水率的三轴固结不排水试验。结果表明:不同的含水率及不同的应力路径对贵州红黏土的力学特性有很大的影响,红黏土的水敏性及对应力路径的敏感性都与其自身的结构性有很大关系;含水率及应力路径对红黏土抗剪强度指标的影响主要都表现在对黏聚力的影响上,而对内摩擦角的影响较小;坚硬、硬塑状态的红黏土在卸荷状态下达到抗剪强度峰值时的变形值最小,而含水率较高的红黏土在卸荷状态下的抗剪强度最差,在实际工程中该部分往往是发生变形破坏的突破点,应重点加强对该部分土体的加固与治理。研究成果对今后红黏土基坑的支护设计与计算及相关的数值模拟等具有参考价值。     

向家坝水电站碾压混凝土力学性能原位试验研究

为保证向家坝水电站施工现场碾压混凝土的质量情况,组织实施了多项碾压混凝土生产性试验,以测定不同工况下的碾压混凝土物理力学性能。试验表明,在工程现场施工条件下,碾压混凝土抗压、劈拉及原位抗剪断强度等各种力学性能指标均满足设计要求,并且试验数据具有较好的相关性,客观反映了碾压混凝土层间抗剪断强度性质。     

饱和尾矿料静、动强度特性的试验研究

介绍对两种饱和尾矿料(尾矿砂和尾矿泥)的静、动强度特性进行的一系列试验研究。试验结果表明，由于尾矿料颗粒组成、矿物成分等因素的影响，用尾矿料充填的地基土层具有不同于天然地基的少黏性土层的特殊性。尾矿料颗粒较细，比重较大，石英含量较多，亲水性弱，饱和的疏松的尾矿料具有非常敏感的不稳定结构。不仅在往返加荷条件下动强度低，动剪应力比变化范围小，容易发生液化和破坏，而且，当尾矿料的密度小于某一临界值时，静力条件下也会发生流滑而进入破坏状态。     

加重微粒混凝土模型材料力学特性试验研究

针对模型结构自身质量损失过大而导致的惯性力失真效应等问题,为准确了解模型试验中加重微粒混凝土的力学性能、合理选取结构相似材料,基于正交试验方法,以水灰比、骨胶比、细砂率、重率及石灰比为考量因素,通过密度测试、强度测试和弹性模量测试对该材料进行了研究,借助直观法和方差法对试验结果进行了分析,初步获得了模型材料原料组成对该种材料强度特性的影响规律。结果表明: 原料组份变化对模型材料的物理力学指标及力学特性具有明显影响,极差法和方差法的分析结果大致相同; 重晶石砂在微粒混凝土模型材料中的应用效果较好,重率为调节材料密度的主控指标,并且能够实现材料其他力学参数的稳定调节; 水灰比与抗压强度和弹性模量负相关,增大水灰比将致使抗压强度和弹模迅速降低。试验结果为进一步研究模型试验中结构微粒混凝土材料的制备提供了参考。