铁离子作用下膨胀土干湿循环裂隙演化机制

为探究重金属Fe³⁺作用下膨胀土干湿循环裂隙演化机制,以不同浓度Fe₂(SO₄)₃溶液作用的饱和膨胀土为对象,开展干湿循环裂隙试验、扫描电镜(SEM)试验与X射线衍射(XRD)试验,研究Fe³⁺作用下膨胀土干湿循环裂隙、微观结构和矿物成分的演化规律及机制。结果表明：相同干湿次数下,随Fe³⁺浓度增加,土体裂隙面积率下降;随干湿次数增加,相同浓度土体裂隙面积率总体上升;Fe³⁺作用下,粒间孔隙波动性微变,黏土矿物晶体结构损伤,晶层间距减小;干湿作用后,粒间孔隙剧增,土体结构破坏,晶体损伤加剧。总结出Fe³⁺作用下膨胀土干湿循环裂隙演化机制为：水分子在土体内反复迁移,劣化土体结构,形成拉应力,导致裂隙产生;Fe³⁺则在一定程度上缩小颗粒间距,增强抗拉强度,降低拉应力,抑制了裂隙发育。     

库水长期升降作用下库岸边坡稳定性研究

选取三峡库区典型库岸的砂岩进行“浸泡-风干”循环试验,模拟库水升降条件对库区水位变幅区岩石强度的影响。根据岩石试验结果和岩体RMR法推算出经历不同水位条件下岩体参数劣化规律,并通过数值模拟研究变幅区砂岩的劣化对库岸典型滑坡区库岸稳定性的影响,分析库岸边坡在库水长期作用下演化规律。研究表明水位升降过程对变幅区岩体质量的劣化作用较为明显,会导致库岸边坡破坏的时间大为缩短;库岸坍塌破坏过程与此类滑坡稳定性有直接的联系,可能最终会导致此类滑坡复活。研究成果可为库区内此类滑坡长期稳定性分析提供参考。     

干湿循环作用下砂岩的劣化及破坏特性研究

针对干湿循环作用下消落带砂岩岩体强度衰减易导致砂岩边坡失稳的问题,以三峡库区秭归县沙镇溪典型库岸边坡砂岩试样为研究对象,采用浸泡—烘干处理方式模拟岩石干湿循环过程,将试样分组进行单轴压缩试验和直接剪切试验研究,并通过数值模拟,从变形的角度分析破坏过程。结果表明:干湿循环对砂岩的劣化作用在初期表现强烈,随着循环次数增加,作用逐渐减弱;在相同循环条件下,砂岩的极限抗剪强度随法向应力的增大而增加,相同法向应力作用下砂岩极限抗剪强度随干湿循环次数的增加而减小;粘聚力和内摩擦角随着干湿循环次数的增加而逐渐减小,总劣化度逐渐增大。试验结果对水库砂岩边坡稳定性分析具有较强的参考价值。     

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。     

初始含水率对饱水泥质粉砂岩性质的影响

近年来,川东红层地区多次出现“旱涝急转”的特殊天气,岩体迅速从干旱转为饱水状态,使得物理力学性质产生显著变化,从而导致地质灾害的发生。为了应对这种极端天气,探究初始含水率对岩体饱水浸泡物理力学性质的影响,选取具有代表性的四川中江红层泥质粉砂岩为研究对象,采用烘箱以控制岩样达到不同的初始含水率,在此基础上作饱水浸泡处理。通过控制不同的初始含水率及其烘干温度,研究其对川东红层泥质粉砂岩饱水浸泡的单轴抗压强度及弹性纵波波速的影响,分析并揭示其宏观力学性质和细微观结构的变化规律及原因。试验结果表明：① 随着初始含水率的下降,泥质粉砂岩饱水浸泡后单轴抗压强度先小幅增加后大幅降低;弹性纵波波速先缓慢下降后迅速下降。强度的最大值和波速的转折点对应相同的初始含水率。② 相同初始含水率下,随着烘干温度的升高,泥质粉砂岩饱水浸泡后强度和波速均呈下降趋势。同时,相比低烘干温度,高烘干温度条件下达到强度最大值与波速转折点所对应的初始含水率降低,强度最大值也降低。     

干湿循环作用下受荷砂岩损伤劣化特性研究

为研究干湿循环作用下砂岩力学特性的劣化规律,对经历不同干湿循环次数下的弱胶结砂岩进行核磁共振(NMR)及单轴压缩试验,采用声发射技术(AE)实时监测砂岩受荷破坏过程,并采用砂岩孔隙度定义损伤变量,建立干湿循环受荷条件下岩石损伤劣化模型,探究岩体在干湿-受荷作用下的损伤劣化机制。结果表明:①砂岩在循环初期的驰豫时间T₂谱面积增幅最大,且随循环次数的增长不断减小;单轴压缩后的岩样,其T₂谱面积相较于破坏前增长幅度显著。②随循环次数的增加,砂岩试样的塑性变形不断增大,声发射累计振铃数呈降低趋势,降低幅度最大达76.21%。③单轴抗压强度和弹性模量均随干湿循环次数的增大呈指数衰减;引入劣化度表征岩石力学参数的劣化程度,发现岩石单轴抗压强度的劣化速率随孔隙度的增长不断减缓。     

干湿循环节理砂岩单轴压缩声发射演化特征

干湿循环对岩石造成不可逆的累积损伤,而岩石的变形破坏过程伴随着明显的声学特征。为探讨干湿循环后节理砂岩变形破裂机理,通过开展节理砂岩室内单轴压缩试验,采用声发射测试技术监测岩样损伤破坏的声学数据,研究历经0、1、5、10、15、20次干湿循环作用后的完整、单节理、双节理砂岩岩样在变形破裂过程中声发射参数的演化特征。结果表明：随着干湿循环次数的增加,砂岩岩样峰后塑性特征逐渐增强,声发射活动表现存在微弱、增强、陡增、剧烈4个阶段;随着干湿循环次数的增加,节理岩样声发射剧烈活动阶段的持续时间、累计振铃计数的降幅以及变形破坏过程中的声发射b值均呈逐步增大的趋势;各种干湿循环次数情况下完整岩样的声发射b值均大于节理岩样。研究成果可为干湿循环下节理岩体变形破坏机理研究提供有益的参考。     

金沙江溪洛渡—白鹤滩段岸坡变形破坏规律

为深入研究金沙江溪洛渡—白鹤滩段库区岸坡变形破坏的形成与分布规律,通过现场调查复核,结合高清航空影像资料解译,确定了库区岸坡结构与地层岩性的分布状况,并统计分析了库区95个变形破坏体的空间展布特征。研究表明:该段库区岸坡变形破坏在薄层—互层状结构岸坡中最发育,在奥陶系上统与志留系(O₃+S)等3类地层中较强发育;变形破坏的形态特征遵从幂律规则,水平投影长度等参数与累计频率P之间呈现负指数关系,变形破坏密度和模数的对数值与累计频率P之间呈线性关系;在α=0.05水平下,变形破坏密度在0.038 ~1.184个/km之间,变形破坏模数在(20~4 656)×10⁴ m³/km之间。研究成果可供研究金沙江干流库区岸坡变形破坏的技术人员参考。     

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。     

干湿循环对岸坡粉砂岩劣化作用试验研究

三峡库区30 m消落带的岩质岸坡是一个脆弱敏感地带,其岸坡岩体质量及其劣化规律日益成为人们研究的重点。选取三峡库区消落带巴东段某典型岸坡的紫红色粉砂岩为研究对象,通过现场钻探取芯、室内试样加工和“烘干-饱水”循环试验手段,对红层粉砂岩试样进行了单轴压缩和耐崩解试验研究。试验成果表明:研究区粉砂岩属于较坚硬岩,其单轴压缩强度随干湿循环次数增加而降低,经过20次干湿循环后,粉砂岩强度软化呈较软岩特征;粉砂岩具有高耐崩解性,耐崩解性指数I_d与循环次数N呈对数关系,I_d随N的增加而降低,I_d下降速率随N的增加呈放缓趋势发展;相同循环次数条件下,高程越高的粉砂岩试样其I_d越低。试验研究成果对三峡库区消落带岸坡岩体的劣化机理和岸坡稳定性分析等具有一定的参考价值。     

干湿循环与动载耦合作用下煤矿砂岩损伤演化及本构模型研究

干湿循环和动载耦合作用会导致煤矿岩石物理力学性质的劣化,引起地下岩体工程结构的破坏,诱发煤矿地下工程地质灾害和工程事故。基于纵波波速变化和Weibull分布统计损伤理论,推导了干湿循环与动载耦合作用下煤矿砂岩的损伤演化方程,探讨了动弹性模量取值方法对损伤演化的影响,发现以动态应力-应变曲线30%与70%峰值应力连线的斜率作为动弹性模量更能反映出本次试验砂岩的损伤演化规律。在此基础上,分析了干湿循环次数对总损伤变量和总损伤率演化的影响,得出干湿循环与动载耦合作用后砂岩的总损伤变量随着干湿循环次数的增加而增大,总损伤率随应变增长先增加后减小;建立了干湿循环和动载耦合作用下砂岩的动态本构模型并对其进行了验证,以期为深部地下岩体工程稳定性分析提供依据。     

化学腐蚀和干湿循环作用下砂岩Ⅰ型断裂韧度及其强度参数相关性的研究

以三峡库区典型的库岸边坡消落带节理砂岩体的实际赋存环境为背景,采用在砂岩中预制Ⅰ型裂隙的方法来模拟节理岩体,根据工程实际设计饱水-风干循环试验方案,研究了浸泡在不同化学溶液中的Ⅰ型裂纹砂岩在干湿循环作用下的力学特性及损伤劣化机理,分析了经不同化学溶液和干湿循环作用后试样的物理力学特性随干湿循环次数的劣化规律。研究结果表明:化学溶液和干湿循环作用后砂岩试样呈现出明显的弱化趋势;试验初期,强碱性溶液下砂岩试样的干湿劣化程度最小,但随着干湿循环次数的增加,强碱性溶液下砂岩试样的干湿劣化程度逐渐加剧,仍小于酸性溶液下的,但大于中性溶液下的。化学干湿循环作用后,砂岩试样各力学特征的损伤劣化程度存在明显的差异,其中断裂韧度KIC的劣化程度较大,抗拉强度居中,而抗压强度最小。化学干湿循环作用后砂岩的断裂韧度与抗压强度、抗拉强度间存在明显的线性关系。砂岩各力学特征的劣化程度与其相应的化学溶液中溶出离子浓度的大小、试样物理参数的劣化程度之间具有某一对应关系,同时,得到砂岩试样物理力学参数与损伤变量和钙镁离子浓度之间统计上的关联关系。并且,可以利用不同化学溶液和干湿循环作用下砂岩试样的裂纹扩展半径来间接说明其力学特征发生损伤的劣化程度。     

化学腐蚀和干湿循环作用下砂岩I型断裂韧度及其强度参数相关性的研究

以三峡库区典型的库岸边坡消落带节理砂岩体的实际赋存环境为背景,采用在砂岩中预制I型裂隙的方法来模拟节理岩体,根据工程实际设计饱水-风干循环试验方案,研究了浸泡在不同化学溶液中的I型裂纹砂岩在干湿循环作用下的力学特性及损伤劣化机理,分析了经不同化学溶液和干湿循环作用后试样的物理力学特性随干湿循环次数的劣化规律。研究结果表明：化学溶液和干湿循环作用后砂岩试样呈现出明显的弱化趋势;试验初期,强碱性溶液下砂岩试样的干湿劣化程度最小,但随着干湿循环次数的增加,强碱性溶液下砂岩试样的干湿劣化程度逐渐加剧,仍小于酸性溶液下的,但大于中性溶液下的。化学干湿循环作用后,砂岩试样各力学特征的损伤劣化程度存在明显的差异,其中断裂韧度K_IC的劣化程度较大,抗拉强度居中,而抗压强度最小。化学干湿循环作用后砂岩的断裂韧度与抗压强度、抗拉强度间存在明显的线性关系。砂岩各力学特征的劣化程度与其相应的化学溶液中溶出离子浓度的大小、试样物理参数的劣化程度之间具有某一对应关系,同时,得到砂岩试样物理力学参数与损伤变量和钙镁离子浓度之间统计上的关联关系。并且,可以利用不同化学溶液和干湿循环作用下砂岩试样的裂纹扩展半径来间接说明其力学特征发生损伤的劣化程度。     

广西河池红层泥岩力学特性的纳米压痕试验研究

为了系统表征广西河池地区红层泥岩中各矿物组分的力学性质,采用纳米压痕测试技术,测试了红层泥岩样品在4种峰值荷载下的力学性能,并结合X射线衍射仪和光学显微镜等设备,将每个测点结果依次对应到各矿物组分上。结果表明：广西河池地区红层泥岩内部具有高度的非均质性,主要成分以SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃为主,所含矿物组分主要包括石英、斜长石、白云母等。黏土矿物和各种矿物组分呈紧密、无规律排列。单次纳米压痕试验的泥岩荷载-压入深度曲线的离散化程度较高,但每组荷载下的12个测点的平均最大压入深度和塑性变形满足荷载越大则压痕深度越大的基本规律。当峰值荷载较小时,泥岩中各测点的弹性模量和硬度体现了良好的线性相关性。泥岩中的石英成分强度最高,力学性能最好,斜长石次之;白云母和黏土矿物的力学性能最差。同时,红层泥岩内部表现为多孔隙、多裂缝结构,导致黏土矿物的平均弹性模量低于其他类岩石的水平,这也是导致红层泥岩易开裂、遇水易崩解的原因。     

酸性溶液作用下岩石浸泡时间尺度及劣化预测模型研究

为了研究水岩作用对岩体劣化的影响,针对在pH值较低的溶液中试样浸泡效果不明显、浸泡时间长,且长时间浸泡对结果影响较大等问题,以三峡库区库岸边坡砂岩为研究对象,基于不同pH值的化学溶液对岩石的侵蚀作用,对岩石浸泡时间尺度问题及浸泡损伤后的强度模型展开研究。以H⁺物质的量为指标,运用高浓度的硫酸溶液在较短时间内对低浓度的反应速度和低浓度溶液在较长时间内的化学侵蚀效果做出模拟。同时,分析了浸泡时间周期对砂岩试样的影响,得到了砂岩腐蚀浸入深度与浸泡时间的关系。结果表明:当拟合次数达到4阶时,拟合曲线已基本和数据点重合,说明采用高浓度硫酸溶液的反应来模拟低浓度酸溶液与岩体的反应是可行的;对于较低的pH值,按小时统计的H⁺物质的量的变化量的变化显得缺乏规律;随着浸泡时间的增加,H⁺反应面由表及里逐渐深入,浸入路径也不断拉长,导致腐蚀浸入速率也逐渐放缓。砂岩的强度参数对岩石劣化损伤模型的准确性验证分析表明,预测模型能较好地反应岩体劣化后强度的变化趋势。     

新会区地下水水化学特征及成因

为探索新会区地下水水化学特征及成因 , 本研究采集 120 组新会区地下水样品 , 运用利用 Gibbs 图、Durov 图、离子比例法、饱和指数法等方法分析地下水化学特征及其控制因素。结果表明：(1)新会区地下水 p H呈弱酸性 , 松散岩类孔隙水中主要阴阳离子主要为 Ca²⁺和 HCO₃^-, 水化学类型以 HCO₃^-Ca 型水为主 , 其次为 Cl-Na型水。基岩裂隙水中主要阴阳离子主要为 Na⁺和 Cl^-;水化学类型以 Cl-Na 型水为主 , 其次为 HCO₃-Na 型水。(2)新会区地下水中 Na⁺、K⁺、和 Cl^-主要来自岩盐矿物的溶解 , 过量的 Na⁺、K⁺来源于钠长石和钾长石等硅酸矿物的溶解、阳离子交换作用以及人类活动的影响 , 并且松散岩类孔隙水中的硅酸盐的溶解作用明显强于基岩裂隙水。...     

红层缓倾岩质斜坡地下水作用机制及稳定性分析

强降雨条件下地下水作用对川东缓倾岩质滑坡大规模的爆发起到关键作用。以川东典型红层缓倾岩质斜坡为例,通过现场调查和数值模拟等方法分析地下水渗流规律,并从地下水的物理作用和力学作用两方面研究其变形破坏机制。研究结果表明:地下水在层状和块状岩体斜坡中主要是通过原生层面和节理裂隙运移,孔隙水压力主要集中在斜坡后缘,靠近前缘水压力逐渐降低。川东缓倾岩质滑坡是在地下水的静水压力和物理软化泥化共同作用的结果,降雨入渗形成的水平推力、扬压力及软弱结构面强度的降低导致滑坡的启动;其形成演化过程可分为:1结构面形成与贯通阶段;2泥岩夹层软化阶段;3强降雨启动破坏阶段。     

大连地区地表水化学组成及形成控制因素研究

为研究大连地区地表水化学组成特征,明晰其影响因素及主要离子来源,服务流域水资源管理,本文综合采用阿列金分类法、Pearson相关性分析、Gibbs图、离子比值分析和风化端元图等方法对大连地区地表水化学组成及形成控制因素进行研究。结果表明,大连市地表水化学类型主要以C_Ⅲ^Ca型水为主;Ca²⁺与Mg²⁺、K⁺、SO₄^2-、HCO₃^-、Cl^-五种离子来源相似,并且是溶解性总固体的主要来源。Na⁺、K⁺与Cl^-没有呈现相关性,表明该地区地表水没有受到海水入侵影响;大连地区地表水受到含盐地层溶滤作用和硅酸盐岩的风化溶解作用双重影响,并且主导作用为碳酸盐岩风化的溶解作用。     

中关铁矿地下水化学组分演变特征分析

为探明中关铁矿在进行建设及开采时,地下水水化学组分受地下水流场变化及水-岩相互作用的影响程度,本文利用Piper三线图、聚类离子分析及离子比值图等分析手段,对中关铁矿地下水水化学组分演变特征进行研究分析。结果表明:奥灰水的水化学类型为HCO₃-Ca·Mg型;混水为HCO₃·SO₄-Ca·Mg型;岩体水为SO₄-Ca·Mg型。奥灰水与岩体水中Ca²⁺浓度变化最大,而混水中Mg²⁺浓度变化最大;奥灰水与混水中HCO₃^-浓度变化最大,而岩体水中SO₄^2-浓度变化最大。其中,地下水中Ca²⁺、Mg²⁺和SO₄^2-是TDS值的主要影响因素。该研究结果有助于深入研究铁矿区地下水系统循环过程,为地下水资源的管理、开发利用与保护提供依据。     

某平推式滑坡形成机理及处置措施研究

四川地区广泛分布有岩层倾角近水平的砂岩、泥岩地层,在开挖、地震、降雨等外部因素作用下,可能诱发平推式滑坡,这类典型滑坡有其特殊的成因和变形破坏特征。笔者以成都金堂县北环线某岩质路堑边坡工程为例,分析了该段滑坡变形破坏特征和形成机理,评价了不同工况下的稳定性,并结合软弱潜在滑面位置、施工作业条件等提出采用坡脚抗滑桩的处置措施。