崩解性砂岩改良膨胀土的裂隙发育规律研究

文章以引江济淮项目膨胀土、崩解性砂岩为研究对象,利用崩解性砂岩对膨胀土进行改良,通过室内干湿循环试验研究干湿循环对砂岩改良土的裂隙宽度发展情况的影响。试验结果表明：在持续的水分蒸发过程中,砂岩改良土的裂隙宽度发展较均匀,持续的水分蒸发对砂岩改良土的影响较小;随着干湿循环次数的增加,砂岩改良土的蒸发速率和残余含水率变化幅度较小,改良后土体水分蒸发受干湿循环的影响减小;随着干湿循环次数的增加,砂岩改良土裂隙最大宽度、裂隙平均宽度、宽度峰值差的变化幅度较纯膨胀土平缓,掺入砂岩后,膨胀土裂隙发育受干湿循环影响减小。     

不同块度煤系软岩崩解性室内试验研究

煤系软岩遇水易软化崩解,基于不同块度煤系软岩的崩解性室内试验,探讨了干湿循环作用下煤系软岩耐崩解性指数和崩解物粒径分布的变化规律,并分析了产生崩解的原因。试验结果表明:(1)随着干湿循环次数的增加,煤系软岩耐崩解性指数呈指数关系降低,且降幅主要发生于前3次循环,并以第一次干湿循环所致降幅最大;(2)不同块度煤系软岩的崩解物均可定名为级配不良砂,其中0.5~5 mm粒径的颗粒含量能较为清楚地反映煤系软岩崩解进程,故建议该粒径范围作为评定煤系软岩崩解稳定的标准之一。     

干湿循环效应对南宁外环膨胀土抗剪强度的影响

针对膨胀土边坡滑坍多呈浅层破坏的现状,选取南宁外环膨胀土原状样与重塑样开展对比试验,精心设计试验方案,改进常规直剪试样制备条件和试验方法,使模拟土体季节性干缩湿胀过程更接近实际,探究了2种土样经历多次干湿循环作用后抗剪强度的衰减规律。结果表明：试样制备中有上覆荷载作用,实测土样经历同样干湿循环次数后的强度衰减幅度比无荷条件下的小,再次验证荷载对抑制强度衰减作用明显；不管原状还是重塑样经干湿循环后的强度衰减主要是c值大幅降低,其值虽也减小但降幅都不大；此外,计入边坡浅层破坏时滑面的低应力条件开展试验并分析测试结果,得到做边坡浅层稳定性分析时合理的抗剪强度参数,研究结果可供工程设计参考。     

膨胀土裂隙发育特征定量化方法的试验研究

裂隙是导致膨胀土强度衰减与渗透性增强的重要影响因素。根据膨胀土裂隙发育特征提出闭合曲线定位的裂隙定量化方法,据此进一步研究了裂隙对膨胀土强度、渗透性的影响。研究结果表明该方法不仅可显著减小裂隙宽度的相对误差,而且相比面裂隙率,线裂隙率避开了土样外边线收缩对裂隙发育特征影响的处理问题,进而提高了裂隙量测值的合理性;根据不同宽度等级的线裂隙率变化规律,丰富了裂隙演化特征;根据干湿循环次数与裂隙特征参数、土体强度参数及渗透性等的相互关系,进一步揭示了裂隙对强度、渗透性的线性定量关系,于是以裂隙发育特征代替干湿循环次数可解决实际工程中的干湿循环次数难以定量化的问题。因此,以闭合曲线定位法建立的定量化裂隙指标,较面积法更利于膨胀土性状的评估和裂隙研究的工程应用。     

干湿循环下干密度对膨胀土裂隙发展及强度影响探究

膨胀土的湿胀干缩的裂隙性是工程建设中经常遇到的问题,对不同初始状态下的重塑膨胀土进行室内模拟自然条件下的干湿循环,对不同初始状态下产生的裂隙通过数字图像技术进行处理,提取出裂隙率,裂隙总长度,平均宽度,对裂隙特征进行定量描述,分析不同初始状态下膨胀土干湿循环过程中裂隙的发展规律。对各组循环后试样进行直剪实验,探究膨胀土强度指标变化规律。结果表明:膨胀土的初始含水率和初始干密度是影响裂隙发展的重要因素。初始干密度大的试样首先出现裂缝,干密度越大,循环结束后的裂隙率也越大。干湿循环和干密度对强度指标有不同程度的影响,干湿循环对内摩擦角影响不大,粘聚力随干湿循环次数增加而减小。     

输电线路杆塔基础砂岩崩解特性试验研究

选取安徽宣城山区建设的军塘—西二110 kV输电线路工程区域代表性红砂岩为研究对象,开展了干湿循环室内崩解试验,通过分析崩解现象与崩解物颗粒,探讨了砂岩崩解的规律及机理,据此提出了输电线路杆塔基础的施工建议。     

滇中泥质粉砂岩崩解特性试验研究

为了研究滇中泥质粉砂岩的崩解特性,对不同风化程度的泥质粉砂岩进行了静态崩解试验、室内环境崩解试验和耐崩解试验。试验结果表明:岩石风化程度越高,崩解越剧烈;强风化状态的泥质粉砂岩在第四次循环后基本崩解完全,耐崩解系数Id2为46.2～61.8;弱风化和微风化泥质粉砂岩在第二、第三次循环崩解开始加剧,耐崩解系数Id2分别为61.1～73.6和79.5～85.4;崩解物以0.5～2mm和小于0.25mm颗粒物为主。泥质粉砂岩的崩解是由岩石浸水膨胀、胶结物溶解和干湿循环产生的拉应力与张应力共同引起的。     

干湿循环作用下泥质红砂岩软化及崩解特性试验研究

在我国华南地区广泛分布的新近系地层中，岩体的工程性质较差，季节性降雨后易出现大变形破坏。为揭示该地层岩石特殊的水理特性，以典型的宿迁组红砂岩为研究对象，首先对其耐久性和软化性进行测定，然后开展了干湿循环试验和循环后试样的力学特性试验，最后通过核磁共振技术对干湿循环过程中试样的孔隙特征进行检测，分析其力学性能的劣化机理。试验结果表明：红砂岩吸水软化特征明显，但耐久性好，软化系数ω=0.75,二次崩解指数I_d2=0.96;干湿循环过程中试样的强度不断降低，干湿循环10次后的单轴抗压强度为饱和状态下的52.3%;干湿循环过程中红砂岩内部产生了大量的微裂隙，孔隙率增加也较为明显，胶结结构的破坏是导致干湿循环过程中红砂岩强度不断降低的主要原因。     

娄衡高速公路白垩系泥质粉砂岩崩解特性研究

为了研究娄衡高速公路白垩系泥质粉砂岩的崩解特性,对不同风化程度的泥质粉砂岩进行了静态崩解试验、室内环境崩解试验和耐崩解试验。试验结果表明:岩石风化程度越高,崩解越剧烈;强风化状态的泥质粉砂岩在第四次循环后基本崩解完全,耐崩解系数Id2为46.2～61.8;弱风化和微风化泥质粉砂岩在第二、第三次循环崩解开始加剧,耐崩解系数Id2分别为61.1～73.6和79.5～85.4;崩解物以0.5～2mm和小于0.25mm颗粒物为主。泥质粉砂岩的崩解是由岩石浸水膨胀、胶结物溶解和干湿循环产生的拉应力与张应力共同引起的。     

干湿循环作用下浸矿后离子型稀土力学特性试验研究

原地浸矿法是现有离子型稀土矿山唯一的高效绿色开采方法,浸矿后离子型稀土在干湿循环作用下的力学特性影响着浸矿后边坡的稳定性。为研究浸矿后离子型稀土在干湿循环作用下的力学特性,选取赣南地区浸矿后的稀土样,利用固结不排水三轴试验,并结合核磁共振技术,测试了不同干湿循环次数下试样的强度特性和孔隙变化,得到干湿循环前、后试样的应力-应变曲线、孔隙水压力发展曲线和横向弛豫时间T2分布。结果表明:干湿循环作用下,试样初始刚度有所增大,试样强度降低,围压大小和干湿循环次数共同决定了孔隙水压力的发展。黏聚力c和内摩擦角φ随干湿循环次数增加而减小,第一次干湿循环后的降幅最大,内摩擦角的弱化幅度小于黏聚力。从横向弛豫T2谱发现,干湿循环过程会使土体产生微裂隙;并且随着干湿循环次数增加,裂隙累积扩展。     

皖南红层软岩崩解特性试验分析

采用皖南地区3种红层软岩开展了室内“饱水-干燥” 循环(湿-干循环)条件下的崩解试验。研究了不同湿-干循环次数下岩石的崩解现象和特征;分析崩解物的颗粒粒径分布随湿-干循环次数的变化规律;对浸泡岩样的水溶液离子浓度进行测试,同时对经历不同湿-干循环次数的岩样开展扫描电镜(SEM)试验;探讨软岩的崩解机理,比较分析不同岩石崩解特性的差异。试验结果表明:3种岩样的耐崩解能力大小依次为岩屑砂岩、钙质细砂岩、砂质泥岩;随着湿-干循环次数增加,砂质泥岩和钙质细砂岩耐崩解指数逐渐下降,岩屑砂岩的耐崩解指数基本不变;浸泡水溶液中Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等离子浓度随着湿-干循环次数增大有不同程度的变化,水-岩化学作用的剧烈程度与崩解性之间存在一定的对应关系;湿-干循环对不崩解的砂岩的微观形貌影响不大,而易崩解的砂岩容易形成裂缝或者颗粒剥落。不同岩石崩解性的差别与所含矿物成分及含量密切相关,也与岩石结构特征有关,颗粒粒径小且填隙物胶结强度低的岩石更容易崩解。     

Effect of initial water content and shear stress on immersion-induced creep deformation and strength characteristics of gravelly mudstone

Soft sedimentary rocks undergo deterioration due to weathering induced by dry–wet cycles in a process known as slaking. To investigate the effect of the initial water content and shear stress on the immersion-induced creep deformation and strength characteristics of gravelly mudstone (slaking index = 1 and 2), creep tests were conducted using a modified direct-shear-test apparatus under different creep-stress ratios. Crushed mudstone with different degrees of compaction and initial water content was subjected to immersion under the creep-shear-stress conditions. After the creep shear and vertical displacements stabilized, a monotonic shear loading was applied. During creep immersion, the increment in the creep-shear displacement increases as the creep-stress ratio increases and the initial water content and/or degree of compaction decrease. Retaining a high initial water content in crushed mudstone is recommended to maintain its shear-stress stability. Under the same density, the peak shear strength decreased with an increase in the increment of the creep-shear displacement during creep immersion. The results indicate that the occurrence of immersion-induced creep deformation in addition to slaking can result in the deterioration of slope stability.     

泥质岩在不同pH值溶液中的崩解特性试验研究

为了研究泥质岩在不同pH值溶液中的崩解特性,为酸雨地区泥质岩的利用提供理论依据和技术指导,选取阜新海州露天矿泥质岩为例,进行室内浸水崩解试验。对泥质岩在不同pH值溶液中的崩解现象、崩解物的颗粒含量和崩解比进行分析、利用X射线衍射(XRD)、荧光光谱分析,测试岩样矿物化学成分。试验得到以下结论:不同pH值溶液中崩解强度大小关系是:酸碱中性;随着循环的进行,泥质岩的崩解程度不断加深,崩解速度先增大后逐渐减小甚至消失;泥质岩中许多不能溶于水的矿物成分可以和酸发生化学反应生成可溶性盐类,是泥质岩在酸中崩解最剧烈的主要原因;考虑泥质岩所处环境pH值不同对工程建设有重要意义。     

水库运行期岸坡消落带红砂岩抗剪与抗压强度劣化机制

目前在水库运行期岸坡消落带环境条件模拟方面,对消落带岩石在库水位周期性升降条件下宏观强度劣化规律进行研究时,主要侧重于"湿干"交替作用环境条件的单一模拟,鲜见对水库运行期岸坡消落带岩石所处的岸坡应力、"湿干"交替和库水渗透综合作用的真实环境条件进行模拟。自主研发了能模拟岸坡应力、"湿干"交替和库水渗透综合作用环境的水库岸坡消落带软岩三轴试验系统,以三峡库区马家沟滑坡红砂岩为研究对象,开展红砂岩的单轴、三轴压缩试验,并分析了岩石试样的破坏模式;同时,通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等测试方法,获得红砂岩的微细观结构和黏土矿物成分随"湿干"交替作用次数增加的变化规律。研究结果表明:红砂岩的峰值抗压强度随"湿干"交替作用次数增加逐渐劣化,其中前4次"湿干"交替过程中,峰值抗压强度劣化幅度较大;第6～8次"湿干"交替过程中,劣化幅度逐渐减小。随"湿干"交替作用次数的增加,红砂岩的黏聚力也逐渐下降,第1～4次"湿干"交替过程中,黏聚力的下降幅度较大;第6～8次"湿干"交替过程中,黏聚力的下降幅度明显减小。随"湿干"交替作用次数的增加,红砂岩的内摩擦角有所降低,但变化规律不明显。红砂岩中的黏土矿物因水化反应产生不均匀膨胀、收缩,导致碎屑矿物颗粒之间的胶结作用遭到一定程度的弱化,在宏观上表现为抗剪强度、抗拉强度的劣化;抗剪强度、抗拉强度的劣化使得红砂岩在轴向荷载的作用下更容易发生破坏,是导致峰值抗压强度发生劣化的直接原因,而红砂岩中胶结物胶结作用的变弱是红砂岩峰值抗压强度发生劣化的根本原因;同时,渗透压对峰值抗压强度、抗剪强度的劣化具有一定程度的促进作用。研究成果可为水库运行期岸坡稳定性动态分析与评价提供科学的依据。     

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。     

干湿循环作用下砂岩细观损伤演化及宏观劣化研究

针对周期性干湿循环作用下岩石损伤劣化问题,以三峡库区某边坡的中风化砂岩为研究对象,分别对不同干湿循环次数作用下"干燥"和"饱和"状态的砂岩进行全断面CT扫描试验、巴西劈裂试验、单轴和三轴压缩试验。试验结果表明:在相同的干湿循环次数n下,"干燥"状态下砂岩的宏细观力学参数大于"饱和"状态下的参数;各典型区域的CT数均值随着循环次数非线性累积增加,初期变化较快,当n≥3时,细观损伤演化速度趋于缓慢;砂岩单轴抗压强度、弹性模量、抗拉强度、黏聚力、内摩擦角随n的增加呈对数下降,泊松比随n的增加而增大。干湿循环作用对砂岩不同力学参数的劣化程度不一,岩样"抵抗拉伸性能"大于"抵抗压缩性能"对水的敏感性。基于试验数据拟合,对不同干湿循环作用下两种含水状态的砂岩M–C屈服准则进行了修正,为工程中获得任意围压下岩石的破坏强度提供了理论依据。     

冻–融及干–湿循环对泥质岩崩解特性影响的试验研究

为研究中国东北地区典型气候条件对泥质岩崩解特性的影响,以阜新海州露天矿泥质岩为研究对象,探讨了干–湿循环和冻–融循环作用对泥质岩崩解特性的影响。对不同试验条件下泥质岩浸泡液的p H值、TDS进行了测试;分析了泥质岩的崩解比、空隙率和吸水率变化情况;利用X射线衍射(XRD)、荧光光谱分析,测试岩样矿物化学成分。结果表明,相对于干–湿循环作用而言,冻–融循环作用会对泥质岩崩解性产生明显影响;空隙率及吸水率均对泥质岩的崩解有重要作用;冻–融循环对泥质岩可溶性盐类的溶解影响不大;考虑冻–融循环对泥质岩崩解特性的影响对东北地区工程建设有重要意义。     

Effect of slaking on direct shear behaviour of crushed mudstones

This study investigates the effects of wetting and drying cycles, known as slaking, on the strength-displacement characteristics of crushed mudstone. A series of direct shear tests was conducted by simulating cyclic wetting and drying under different stress conditions using a modified direct shear apparatus. The effects of the stress ratio, the density of specimen, the initial water content before wetting, the slaking index, and the number of wetting and drying cycles on the test results was investigated. Experiments were also performed on less-slakable materials, including crushed sand stone, silica sand and glass beads, to compare the results with the crushed mudstone. Considerable creep displacement on the crushed mudstones was observed during both drying and wetting phases under the constant shear stress conditions. The creep displacement during the drying was more significant than during the wetting phase. The creep displacement accumulated with progressive wetting and drying cycles. The drying-induced displacement was observed when the water content became smaller than the amount of water absorption of the mudstone specimens. Correspondingly, a gradual decrease of the peak stress ratio was observed with the number of wetting and drying cycles. In contrast to the mudstones, the influence of cyclic wetting and drying on the crushed sand stone, silica sand and glass beads is almost negligible. A higher slaking index, a lower water content before wetting, and lower initial density accelerate the slaking of mudstones.     

固化剂改良黄土的水稳定特性

选用新型高分子材料SH固化改良黄土,研究了改良黄土的室内静水崩解、浸水强度及干湿循环模拟试验下的水稳定特性.结果表明：素黄土在静水中湿化严重,而SH改良黄土在静水中则结构形态完好,无崩解现象;改良黄土浸水后强度降低较大,但烘干后强度仍较高,固化体水稳系数大于0.8,且其水稳性效果优于水泥黄土;干湿循环15次后改良黄土仍然能保持较高的强度值,质量损失也较小,试件整体性良好.SH为水溶性液体改良材料,其使用方便,用较少量就可以有效提高黄土的强度,增强黄土的水稳定特性,且效果明显.研究结果可为黄土地区渠道、土坝护坡、边坡等工程的加固改良提供依据和指导.