基于Hoek-Brown准则的板岩强度特征研究

 建立在岩体各向同性基础上的Hoek-Brown经验强度准则被广泛地应用于地下和边坡工程的设计与安全评估。但Hoek-Brown准则不能直接用来处理层(片)状岩体如板岩或页岩以及含有1或2组优势结构面岩体的强度问题,因为这类岩体往往沿层(片)理或优势结构面破坏,必须对准则加以改进。基于对Hoek-Brown经验破坏准则的深入研究,通过对层状岩体完整岩石试件定义的改进,提出用Hoek-Brown准则的一个很重要的参数,即完整岩石试件的单轴抗压强度 来表征层状岩体强度随层面倾角的变化规律以及应用Hoek-Brown准则来分析层状岩体强度的方法。按照该方法对南水北调西线工程场区不同层面倾角板岩岩石试件进行单轴、三轴压缩试验。根据对试验结果的统计分析,确定不同层面倾角板岩岩体的Hoek-Brown经验破坏准则的相关参数,建立不同层面倾角板岩岩体的Hoek-Brown强度准则。此外,还获得完整岩石试件的单轴抗压强度 随层面倾角的变化规律,建立南水北调西线工程场区板岩岩体的Hoek-Brown经验破坏准则的统一表达式,并预测围压为10,15,20和25 MPa下南水北调西线工程场区板岩岩体的三轴强度随层面倾角的变化规律。本文的工作可以为类似工程提供借鉴。     

粉砂质泥岩的强度衰减与环境效应试验研究

在不同质量百分比(1%,5%及10%)的2种酸(H2SO4,HNO3)溶液和1种碱(NaOH)溶液、1种有机质(腐植酸钠)溶液、1种无机盐(KCl)溶液和自来水中,对粉砂质泥岩的水–岩作用进行静态长时(120d)加速浸泡试验模拟,并测定其单轴抗压强度、微观结构、氧化物成分,研究岩样单轴抗压强度随时间对酸、碱、有机质和盐的敏感性和衰减机制。研究结果表明,在静水环境下,岩样强度衰减、腐蚀速率与H 浓度、酸根离子、无机盐浓度及浸泡时间成非线性关系,岩样的强度变化正比于岩样的质量变化;认为在水–岩作用过程中,溶解与沉淀、氧化与还原作用同时发生,共同影响岩样强度的衰减规律;水–岩作用的不同时期,导致岩样强度衰减的主要因素是不同的;在化学风化作用下,岩样的强度与铁离子、钙离子等二价离子的变化密切相关。     

板岩骨料混凝土的配合比研究

文章通过研究板岩骨料混凝土的和易性、强度和耐久性,探索了板岩骨料混凝土的配制。试验得出对于板岩骨料,只要骨料级配合理,针片状含量符合要求就可以配制出符合和易性要求的混凝土;非活性骨料与板岩骨料混合使用的方法对混凝土碱活性膨胀的控制效果不明显,不建议用该方法控制混凝土的碱活性膨胀;30%粉煤灰或30%FLSR-I做掺合料时,混凝土强度满足要求,电通量满足高性能混凝土在H1、H2环境100年寿命的要求,可用于实际混凝土工程中。     

变骨料混凝土与风化片麻岩的强度关系研究

制备不同水灰比的水泥砂浆试件、不同配合比的掺煤渣水泥砂浆试件、不同置入方式的掺铁丝水泥砂浆试件、不同掺入量的掺玻璃纤维水泥砂浆试件以及风化片麻岩试件,试验得到了其单轴抗压强度等力学指标。泰山区域的片麻岩试样分别隶属于未风化、中等风化、强风化和全风化4种风化程度。掺骨料水泥砂浆试件的强度不能达到中等风化程度片麻岩的强度,掺煤渣水泥砂浆不能作为强风化或全风化片麻岩的强度置换材料。掺铁丝七组和掺玻璃纤维六组水泥砂浆试件的抗压强度超过了20MPa,是强风化或全风化片麻岩地基处理的理想置换材料,尤其掺铁丝E组水泥砂浆试件的铁丝掺量、横/竖铁丝置入方式及其对应的基准配合比(C:S:W)1.00:3.95:0.68是推荐的,掺玻璃纤维D、E组水泥砂浆试件的玻璃纤维掺入质量比0、2‰和4‰及其对应的基准配合比1.00:4.29:0.74和1.00:3.95:0.68是科学合理的。注入掺骨料水泥砂浆是提高风化片麻岩地基工程稳定性的有效途径,亦是合理的地基置换材料,变形控制是风化片麻岩建筑地基设计时需要重点考虑的因素。     

古代砖砌体风化性能分析及风化程度评定

自然界中气温、降水的长期作用导致古代砖砌体风化,风化损伤材料和砌体力学性能。实验采用大气环境实验舱实现自然风化作用人工模拟,根据不同饱水度和冻融次数,实验舱设定了7种非饱水冻融工况,对7种工况影响下的砖、灰浆、砌体抗压、砌体抗剪试件试件强度变化规律进行实验分析。实验表明,饱水度是反映材料冻融性能的重要指标;不同饱水度下的冻融试件强度呈现先升后降的趋势;试件在饱水度为53%的冻融作用下,砌体构件具有最佳抗力;提出古代砖砌体构件风化程度评定标准。实验对古砖砌体结构保护工作具有指导和应用价值,定期评定古塔砌体风化程度,时刻掌握古塔构件结构安全性能的变化规律,科学保护古塔。     

水–岩及风化作用下层状炭质板岩巴西劈裂试验研究

横观各向同性层状板岩在地质环境及施工裸露后形成的水–岩和自然风化作用下,其物理力学性质将发生退化,由此常引起岩土隧道、边坡等工程产生抗拉失稳破坏。以甘肃岷县木寨岭隧道炭质板岩为研究对象,对其开展即时烘干试样(即试样加工后烘干处理)和静置风化试样(加工后室内常温通风放置60d)巴西劈裂试验,分析了两种条件下炭质板岩的抗拉力学性能。结果表明:两种炭质板岩巴西劈裂试验均表现为脆性破坏,但力学响应及峰值荷载差异极大;炭质板岩抗拉强度均受层理影响显著,但即时烘干试样和静置风化试样的劈裂破坏形态受层理影响程度不同;以即时烘干试样为基础,静置风化试样软化系数为0.11~0.13,体现了水岩作用及其静置风化对岩样具有显著劣化效应,但对层理形成的横观各向同性抗拉性能影响不大。此外,借助SEM对水岩静置风化机理进行分析,具体为水侵入后形成物理化学反应改变矿物微观成分、结构进而结合风化作用表现为矿物骨架承载的累计劣化损伤。     

破碎炭质板岩隧道大变形机理模型试验研究

西南地区隧道开挖过程中经常出现大变形的危害,以破碎炭质板岩隧道的变形情况尤为严重。以某新建隧道出现的大变形情况为主要研究内容,通过对隧道变形的规律及特征进行分析,初步确定了隧道变形的主要因素,通过室内模型试验,对地应力的大小及围岩特性进行模拟,得到了不同因素下隧道的变形特征。试验结果表明,地应力对变形的分布规律有一定的影响,但是开挖后应力释放引起的炭质板岩强度劣化及扩容是形成隧道大变形的主因。通过岩样的X射线衍射（以下简称XRD）成分测定分析,得到了该隧道大变形的变形机理,由此提出了隧道大变形的主要措施,供相关隧道的设计及施工参考。     

红砂岩风化机理的有机酸研究

随着工业迅猛发展,环境污染日益严重,红砂岩文物由于缺乏保护已经严重风化,在很大程度上影响了美观和研究价值。为探明有机酸在风化过程的作用,揭露红砂岩的风化机理,在广东省各地对风化红砂岩进行实地考察,用高效液相色谱仪分析风化物中有机酸,结果表明在有机酸H＋离子的攻击下,金属离子从矿物中释放出来,与酸中的-COOH基反应生成难溶性酸盐,这种有机络合物在矿物表面的化学吸附导致矿物中的电子群向边缘迁移,使之更易于发生水解,加速了岩体风化,而且岩体受污染程度与风化物中有机酸的含量、种类相关。本研究探明了有机酸在风化过程中的作用,为未风化的红砂岩文物提供一种重要的预防风化依据,为已风化的红砂岩文物修复提供理论参考,从而为石质文物的保护提供更加全面的保护策略。     

红砂岩风化机理及石刻保护综述

我国许多珍贵石刻文物均采用红砂岩雕刻,但是由于保护措施不到位,导致风化严重.为了更好的保护红砂岩石刻,基于各国学者的现有研究,本文对红砂岩风化的机理进行归纳整理,主要包含干湿交替机理、有机酸腐蚀机理、冻融循环机理、生物作用机理和外部表层剥落机理等.随后,针对红砂岩风化的特点,基于鉴定和加固两个方面对现有方法做提炼.综述...     

风化泥质板岩物理改良试验和现场填筑检测

结合武广客运专线工程实际,对沿线的风化泥质板岩进行了物理改良性质的试验研究,并且分析了风化泥质板岩物理改良后的路用性能,填筑施工工艺及其质量检测指标和改良效果。试验研究结果表明：掺入中粗砂20％的试验段路基在碾压后其压实检测指标基本能够满足检测标准,但雨后路基松弛效果明显;泥质板岩物理改良土在较好的压实效果下仍有较强的渗透性,影响路基的强度和稳定性,对强风化泥质板岩采用加中沙的物理改良方法效果不好。     

板岩渐进剪切破坏各向异性及其数值模型研究

层理面是导致岩石试样在变形和力学特性上表现出各向异性的根本原因。为研究层理弱面影响下板岩的渐进破坏模式,揭示其各向异性的力学机制,选取贵州东部的层状板岩开展不同加载空间位置关系下的直剪试验。结果显示:剪切强度各向异性是由其破坏机制控制的,层理面与剪切面平行时,属于沿层理面的剪切滑移破坏;层理面与剪切面垂直且其交线与剪应力方向也垂直时,属于剪切作用下层理面的张拉和基质体的剪切破坏;层理面与剪切面垂直而其交线与剪应力方向平行时,垂直于层理面方向试样在泊松效应作用下产生拉伸破坏,剪应力方向试样发生基质体的剪切破坏,此时强度最大。基于层理结构的本构关系,构建层理体系的材料模型,并采用数值模拟研究层理结构对板岩破坏模式的影响,模拟结果与试验结果吻合较好,进一步解释了层状板岩破坏模式各向异性的产生机制。     

加筋红砂岩风化土强度和变形特性

红砂岩风化土是湖南公路路堤工程中应用较多的填筑材料,采用直剪试验研究了不同压实度的红砂岩风化土的强度和变形特性,以及加筋对其工程性质的影响。试验表明,随压实度增大,红砂岩风化土的峰值抗剪强度明显提高,但主要由粘聚力的增大引起,随剪切位移增大,粘聚力减小,抗剪强度大幅度降低,其应力–应变曲线呈现随应变软化型。加筋提高了红砂岩风化土的峰值抗剪强度和残余强度,更重要的是明显减小了峰值后强度的降低幅度,且达到峰值抗剪强度的剪切位移增大,峰值区域增宽,土体延性提高,改善了红砂岩风化土的强度和变形特性;对于不同的加筋层数和不同的筋材模量,以及在不同的压实度和试验竖向压力下,加筋对红砂岩风化土的强度和变形特性的改变不同;根据试验结果,还对红砂岩风化土的工程性质以及加筋的抗剪作用机理进行了初步探讨,阐述了加筋材料在土的应力–应变关系中的主要功能和作用。     

循环荷载作用下红砂岩风化土动强度特性试验研究

利用GDS动三轴试验系统,采用单轴加载的方式对红砂岩风化土进行多组固结不排水三轴试验,研究不同围压及固结应力比对红砂岩风化土动强度变化规律的影响。研究表明:循环荷载作用下红砂岩风化土的变形发展规律在不等向与等向固结条件下有很大差异;在等向固结条件下,围压的增加有助于动强度的提高;而由于红砂岩风化土的崩解破裂性和固结静偏力的剪切作用,使红砂岩风化土在不等向固结条件下的动强度小于等向固结条件下的动强度;不同围压对红砂岩风化土动应力比与振次的影响效果不显著,试样都在1 000个循环振次内发生破坏。最后,根据选定的破坏标准给出了相应的动强度曲线和动抗剪强度指标。     

高径比对板岩单轴抗压强度尺寸效应的试验研究

对不同高径比的板岩试件进行了大量单轴抗压强度试验,获得了3种风化程度的板岩强度随试件高径比增大而非线性减小的关系曲线及二者间的经验关系式。依据板岩标准试件与非标准试件的强度比值,提出了岩石强度尺寸效应系数的概念,绘制了不同风化程度的板岩强度尺寸效应系数随高径比增大而非线性增大的关系曲线,给出了3种不同风化程度板岩强度尺寸效应系数的经验计算式。试验结果分析表明,岩石风化程度不同(强度不同),其强度尺寸效应不同,即岩石强度越大,其尺寸效应越显著。本文经验公式的提出为非标准试件板岩单轴抗压强度的修正提供了新的便利途径,也可为其它各类岩石强度尺寸效应的修正提供参考。     

砂板岩岩体力学特性的水岩耦合试验研究

利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统,经过岩体受力状态模拟、无水压岩体力学特性测试、水岩耦合试验等几个阶段试验,对砂板岩岩体力学特性的高空隙水压效应进行了试验研究。结果表明：砂板岩岩体强度与变形性能随水压升高而降低,其中水压对黏聚力c的影响最大,对内摩擦角φ的影响甚微,对变形模量的影响居于二者之间。随着水压升高,岩体的黏聚力c急剧下降,当水压较高时,岩体可能完全丧失黏聚力;随着水压升高,变形模量E₅₀和E₀均有降低,两个参数的变化梯度相差不大。这些成果揭示了砂板岩岩体力学特性的高空隙水压力效应,并建立了主要力学参数预测模型,成果对于解决工程实际问题具有重要的参考价值。     

基于回弹强度的泥岩风化程度分析

泥岩极易风化,往往对工程施工造成许多不利影响。以内蒙古神华新准铁路巴准线下侏罗统泥岩路基为例,根据不同位置和不同时刻的泥岩回弹值测试结果,使用回弹监测值与时间的关系来表述风化速度,研究了泥岩的风化速度及其空间变化情况,提出了回弹值预测的双曲线模型。结果表明,随历时增加,各测点回弹值下降很快;这一变化趋势在不同测点之间并没有明显区别;双曲线模型比指数模型更能反映回弹值随时间的变化情况,拟合优度从0.7533～0.8612提高到0.9157～0.9739。本文成果对泥岩风化速度研究与泥岩地区工程施工具有一定的参考价值。     

富水泥质板岩隧道围岩蠕变力学特性研究EI北大核心CSCD

目前,对于考虑含水劣化的软岩蠕变力学特性研究存在一定的局限性。针对此问题,以沪昆客运专线长昆湖南段姚家隧道施工期泥质板岩的蠕变问题为出发点,通过三轴压缩蠕变试验分析应力状态及吸水率对泥质板岩蠕变特性的影响规律,在已有Burgers蠕变本构模型的基础上,引入水劣化因子,建立泥质板岩考虑吸水率的黏弹塑性蠕变本构方程,将蠕变参数转化为prony级数,在ANSYS软件中验证蠕变本构方程的合理性。研究结果表明:随着吸水率的增大,泥质板岩的蠕变变形和蠕变率增大,进入等速及加速蠕变阶段的进程加快;应力差的增大预示着泥质板岩进入等速及加速蠕变阶段的进程加快,时间缩短;随着吸水率的增大,泥质板岩蠕变参数(变形模量、黏滞系数、体积模量)呈指数函数减小。将顾及了水劣化因子的蠕变本构模型输入至ANSYS软件中,计算结果与三轴压缩蠕变试验结果吻合度较高,表明考虑吸水率的黏弹塑性蠕变本构模型具有较强的实效性,可以用于描述富水泥质板岩隧道围岩的蠕变规律。     

鲁布革砂页岩风化料的动强度和变形特性

<正> 一、前言为了正确选择鲁布革堆石坝防渗体的填筑材料,需对鲁布革砂页岩风化料的工程性质进行研究,本文属这项工作的一部分,主要叙述了往返荷载作用下这种风化料的动强度和永久变形特性。二、土料描述这风化料取自鲁布革堆石坝坝址附近的下寨料场。在现场该风化料共分三层,分别为坡残积红土,全风化状砂页岩(色浅红),和全风化碎块状砂页岩(色红黄)。施工时,立式开采,混合上坝,故用三者的混合料进行试验。这种风化料的粗颗粒表面粘附着大量细粒土,粗粒本身也易破碎,所以,颗粒粒径并不稳定。其不同状态下的级配曲线见图1。若按在水中浸泡24h以上再冲洗过筛所得的级配曲线(图1)分类,应属粘质土砾。其粘粒含量在25％以上。土     

对陕西紫阳瓦板岩成矿机理与赋存规律的研究(二)

3 瓦板岩的主要类型与特征 3.1 区内瓦板岩的分类 对天然装饰板石的产品分类与命名,笔者曾谈过已见。瓦板是天然板石产品中的一种特殊类型,比同类仅使用于饰面的板石产品,在物理力学指标、规格标准等方面有着更高的要求。故用来生产瓦板的板岩质量标准也比“饰面板岩”要严格。