典型软岩深基础端阻力计算方法探讨

软岩深基础端阻力值计算问题一直工程界较为关注的问题,目前我国规范一般采用单轴抗压强度frc乘以折减系数（远小于1）计算软岩端阻力值,但其远小于载荷试验值。大量工程实践表明,规范考虑的折减系数偏小,实际工程甚至存在端阻力测试值大于其单轴抗压强度frc值。旁压试验曲线与载荷试验曲线出现的直线段和弯曲段类似,用其试验参数确定的软岩端阻力值与实际值较为相符。主要探讨根据软岩各类试验强度参数计算其深基础端阻力的方法,单轴抗压强度、三轴试验参数和标准贯入度击数等参数计算的软岩端阻力值,但仅可作为工程勘察建议参考的初设值,在积累足够地区经验后,可用于二级或荷载不大的一级建筑物软岩端阻力设计值;载荷试验值是端阻力设计计算最为可靠的依据,通过对比试验后,旁压试验参数用于计算软岩端阻力设计值也较为可靠。     

谈预钻式旁压试验

预钻式旁压试验(PBPMT)获取的岩土体力学参数(极限压力、旁压模量等)受试验设备类型、试验方法、土性及资料整理方法等影响。针对当前国内旁压试验所使用的试验设备及试验过程中所依据的国家规范、行业标准及手册等,通过对比分析这些规定对旁压试验测试方法及数据整理方法等要求的异同;进一步对如何获得高质量的试验钻孔、旁压试验每级加载稳定时间、仪器综合变形率定试验中加载分级、旁压试验资料整理过程中曲线的作图方法及旁压模量的计算公式等关键问题展开研究,研究结果表明:(1)可以用试验孔直径(D_w)与旁压探头直径(D_s)之比评价测定的旁压曲线质量。(2)采用钻孔半径变化量与探头半径之比与压力的旁压关系曲线可以对不同仪器型号及不同探头尺寸等所获得的旁压试验结果进行归一化对比分析。研究成果可供旁压试验标准及规范编写、从事旁压试验研究及技术人员提供有价值的参考。     

基于Excel-VBA的旁压试验数据自动处理程序开发

旁压试验是原位测试的主要手段之一。旁压试验数据处理一般是绘制试验曲线,以人工绘辅助线或者主观目测的方法确定旁压曲线特征压力及其对应的特征体积。传统方法不能提供曲线的表达式,准确确定旁压曲线的特征压力有一定的困难,确定的岩土体参数存在较大误差。针对这些弊端,本文利用Excel自带的VBA环境编写了旁压试验数据自动处理程序,包括弹性膜约束力及仪器综合变形校正、旁压曲线直线段识别、旁压曲线特征点坐标确定、地层参数计算和试验报告自动生成四个模块。其中,旁压曲线特征点坐标确定模块中,采用Bézier曲线方程,准确计算出旁压曲线特征点坐标,实现了精确确定三个特征压力及两个特征体积的功能,可准确地计算出岩土体的变形参数以及承载力等力学指标。     

红层软岩嵌岩桩端阻力研究

在我国广泛分布的白垩系至第三系泥质粉砂岩是一种软质岩石,具有较大的地基潜力.按现行规范确定的承载力值往往偏低.文章对当前软岩嵌岩桩桩端阻力的确定方法进行了比较,提出了以三轴抗压强度或旁压试验结果作为设计依据的建议.并以"长沙红层"为例,对不同确定方法带来的差异进行了研究,并对岩石湿度、尺寸效应对岩石抗压强度的影响进行了探讨,对同类地区软岩地基的承载力具有推荐价值和指导意义.     

软岩的应变速率效应研究

对硅藻质软岩试样进行了不同围压和不同加载速率的应变和应力控制式固结不排水三轴试验,试验结果表明,硅藻质软岩具有明显的应变速率效应,加载速率对软岩的强度变形特性有较大的影响。在试验研究的基础上,应用三维弹粘塑性模型,考虑硅藻质软岩的应力–应变关系的时间依存性,模拟了软岩的应变速率效应。数值分析中所采用的参数均由试验确定,对不同应变速率下固结不排水试验的应力–应变关系和有效应力路径的数值计算结果,反映出不同应变速率下软岩的峰值强度和残留强度均随着应变速率的增大而不断提高,与试验结果相吻合;计算结果还反映出与试验结果一致的孔隙水压力变化和应变软化趋势。通过对比分析表明,三维弹粘塑性模型可以较好地描述软岩的应变速率效应。     

软岩的残留强度特性试验研究

通过对硅藻质泥岩试样进行等压固结试验，固结不排水三轴压缩试验以及蠕变试验，测定了分析了正常固结领域和超固结领域软岩的残留强度特性和蠕变特性，研究了不同的固结压力对软岩残留强度的影响规律，以及软岩中断裂面的有无与残留强度的关系，得出了有关规律性。     

长沙北辰项目高层建筑软岩地基工程特性分析

软岩在世界上分布非常广泛且其工程性质特殊,目前日益得到岩土工程工作者的关注。本文以长沙北辰A1地块项目为例,对软岩进行了工程实践研究。首先,通过调研勘察资料研判岩土参数指标,有针对性地制定了专项现场试验方案,即浅层平板载荷试验和旁压试验,验证了工程特性指标,试验结果表明强风化泥质砂岩的天然地基承载力可以满足要求,同时测得了变形模量和旁压模量。然后在此基础上,运用数值软件Plaxis 3D Foundation进行了筏板基础天然地基方案的沉降计算,通过对计算结果的分析,判断总沉降量和差异沉降均满足《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)要求。最后通过对沉降实测资料的分析,发现沉降计算结果与沉降观测值两者变形趋势完全吻合,实测值略小于计算值。本工程采用现场平板载荷试验及旁压试验确定工程特性指标进而据此完成了地基基础设计,实践证明是科学合理、安全可靠的。本工程为目前长沙软岩场地已经建成的第一栋采用天然地基方案的超高楼,为今后该地区超高层建筑地基岩土工程评价与地基基础设计积累了经验。     

长沙国际金融中心岩基承载力试验研究

长沙国际金融中心基岩为白垩系泥质粉砂岩,属极软质岩石,具有较高的承载潜能,按现行《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002)确定的地基承载力往往偏低。文章通过室内单轴抗压试验、岩基载荷试验和旁压试验的对比,对该软岩地基承载力的取值进行了系统分析,提出了岩基承载力的取值原则,对同类地区类似岩基承载力取值具有参考价值。     

徐州东部软岩矿区冲击矿机理分析

从软煤层的冲击倾向性等方面分析了软岩矿区发生冲击矿压事事故的机理，并结合生产实践总结了出了软岩矿区冲击矿压事故的三大特征，提出了相应的防治措施。     

考虑围压效应的修正软岩热弹黏塑性本构模型

 大量的软岩三轴剪切试验表明,不同的围压下,软岩力学特性变化非常大。随着围压的增加,软岩的应变软化和剪胀性变弱;当围压足够大时,甚至表现为应变硬化和剪缩。已有软岩热弹黏塑性本构模型针对不同的围压大小,需要设定不一样的参数,使其应用到数值分析上带来一定困难。为了能用统一参数来描述软岩受围压影响的力学性质,对已有的软岩热黏弹塑性本构模型进行修正。修正模型中所有参数都具有明确的物理意义且都可通过常规三轴试验确定。通过实验数据与计算结果对比,验证了修正本构模型的正确性。     

Assessment of deformation modulus of weak rock masses from pressuremeter tests and seismic surveys

The deformation modulus of intact rock can be determined through standardized laboratory tests for heavily jointed rock masses but this is very difficult, while in situ tests are time-consuming and expensive. In this study, the deformation modulus of selected heavily jointed, sheared and/or blocky, weathered, weak greywacke, andesite and claystone were assessed, based on pressuremeter tests, geo-engineering characterization and seismic surveys. Empirical equations based on GSI and RMR values are proposed to indirectly estimate the deformation modulus of the greywackes. For the andesites, the spacing of the discontinuities is greater than the length of the pressuremeter probe hence the intact rather than rock mass deformation modulus is obtained. The pressuremeter test results from the claystones could not be correlated with the field data; the relationship between the ratio of rock mass modulus to intact rock modulus and RQD appears to give a better estimation of the deformation modulus.      

自钻式旁压试验中邻近腔壁土的应力路径分析

 采用剑桥自钻式旁压仪对邻近膨胀腔壁土的应力–应变进行研究。根据自钻式旁压试验的特点和腔室膨胀理论,假设试验过程中土只发生小变形,土为弹性–完全塑性材料。基于以上假设,对试验过程的应力路径进行理论推导,并与试验得到的应力路径对比分析,结果表明：两者在弹性阶段差异较大,塑性阶段较为一致;非线性和线性两种理论分析方法相比,前者推导的应力路径理论曲线与试验确定的应力路径更为接近。此外,根据试验确定的应力路径曲线,可以分析土的应力变化,判定土的应力历史,推导土性参数。     

深部高应力动压巷道支护方法研究

深部高应力巷道的支护方法是目前的工程难点问题。中平能化集团十二矿31010己15煤层皮带巷和回风巷埋深超过1 000m,同时将承受上部保护层开采的动压作用,巷道稳定性不易控制。首先通过地应力测试和围岩松动圈测试,得知巷道为高地应力环境下大松动圈巷道;之后通过三维数值计算分析,获得了上部保护层开采过程中下部巷道的矿压显现规律,得知巷道将受到高应力动压作用。针对此巷道高应力动压特点采用卸压让压以及高强锚索的联合支护方法,即在围岩卸压让压的基础上采用高强锚索进行加强支护,同时采用单体柱进行局部临时加强支护。现场工业试验结果说明卸压让压以及高强锚索组成的联合支护系统可用于深部高应力动压巷道的稳定性控制。     

软硬互层岩体力学及变形特性的离散元模拟

采用离散元软件PFC2D模拟软硬互层岩体渐进破裂过程,研究倾角、软硬层厚比和围压对其力学特性及变形特性的影响。研究结果表明：(1)软硬互层岩体抗压强度、黏聚力、内摩擦角和弹性模量随岩层倾角的增加先减小后增大,随围压的增加逐渐增大,随软层厚度的增加逐渐减小;(2)软硬互层岩体强度与其单结构面理论强度分布规律大致相同,但实际强度没有保持不变的倾角范围,且在最不利破坏倾角α=π/4+φ_j/2附近的变化幅度也没有单结构面理论强度明显;(3)硬层中生成贯穿层理面裂隙所需应变随软层厚度增大,增大岩体裂隙数量发展速度随岩体倾角的增加先增加后减小,在45°或60°时达到峰值,围压增大,岩体裂隙发展越充分;(4)软硬互层岩体在岩层倾角0°时为贯穿层理面的张剪破坏,在30°～60°时为沿层理面的剪切滑移破坏,90°时为沿层理面和局部贯穿层理面的复合张剪破坏;(5)围压的增大会诱发岩体发生剪切破坏,而软层厚度的增加可增强岩体破坏时的完整性。     

考虑围压依存性的软岩结构性下加载面模型

软岩具有典型的弹塑性变形特点,同时由于其内部的胶结作用具有较强的结构性,因此将软岩视作结构性超固结黏土。软岩残余强度随围压变化是软岩峰后力学特性的一个显著特性,在实际工程中具有显著的意义。通过对孔隙比之差的概念进行扩展,使之能够同时考虑软岩的结构性和超固结性,并且给出合理的发展式。通过引入结构性下加载面的概念,在剑桥模型的基础上建立起软岩的结构性下加载面模型。该模型能够反映围压对软岩结构性破坏速率的影响,最终导致不同围压下软岩达到残余强度变形阶段时所保留的残余结构性存在差异,使得软岩的残余强度随围压变化。将理论计算结果与软岩的三轴压缩排水试验结果进行对比分析,结果表明该模型能够较好的描述软岩的应变硬化和软化特性及体积变形剪胀特性,同时能较好的描述软岩的残余强度随围压变化这一力学特性,并给出合理解释。     

Load-displacement response of drilled shaft tip in soft rocks of sedimentary origin

A database of in situ drilled shaft and plate load tests in soft rock mass is developed. Analyses of the in situ load tests suggest that (i) the development of tip contact pressures is related to the rock mass shear strength, rock mass deformation modulus, and the vertical displacement of the drilled shaft tip, (ii) embedding the drilled shaft tip contributes to the development of punching shear failure mechanism in the underlying rock mass, however, the mobilized tip contact pressures do not significantly increase as the embedment depth increases unless the rock mass shear strength and deformational properties drastically increase with embedment depth, and (iii) the drilled shaft diameter does not significantly influence the development of the contact pressures, especially in large diameter drilled shafts. A framework for the analysis of the load-displacement response of the drilled shaft tip in soft rock mass is proposed using the in situ load tests. The proposed framework accounts for the observed nonlinear load-displacement response of soft rock mass and is a function of the initial normal stiffness and the initial yield pressure of the rock mass under the drilled shaft tip. Simple equations are developed for the initial normal stiffness and the initial yield pressure of soft sedimentary rocks. Additionally, in situ and laboratory test results are used to provide recommendations for the prediction of the parameters that are required in the proposed models for the initial normal stiffness and the initial yield pressure, namely the unconfined compressive strength and deformation modulus for the rock mass.     

岩石全应力-应变过程渗透性试验研究

为了探讨岩石变形过程中渗透性变化的特点 ,对软、硬岩进行了不同压力条件的全应力 -应变过程渗透性对比试验。试验结果反映出在变形过程中不论是渗透性 -应变关系特点 ,还是渗透性量值 ,软岩和硬岩均表现出明显差异。在对比分析试验所获得的应力 -应变、渗透性 -应变关系特点基础上 ,分析探讨了软、硬岩石全应力 -应变过程渗透性差异的主要原因 ,认为岩石变形破坏过程的渗透性主要取决于变形破坏的形式和特点。     

A dissolution-diffusion sliding model for soft rock grains with hydro-mechanical effect

The deformation and failure of soft rock affected by hydro-mechanical (HM) effect are one of the most concerns in geotechnical engineering, which are basically attributed to the grain sliding of soft rock. This study tried to develop a dissolution-diffusion sliding model for the typical red bed soft rock in South China. Based on hydration film, mineral dissolution and diffusion theory, and geochemical thermodynamics, a dissolution-diffusion sliding model with the HM effect was established to account for the sliding rate. Combined with the digital image processing technology, the relationship between the grain size of soft rock and the amplitude of sliding surface was presented. An equation for the strain rate of soft rocks under steady state was also derived. The reliability of the dissolution-diffusion sliding model was verified by triaxial creep tests on the soft rock with the HM coupling effect and by the relationship between the inversion average disjoining pressure and the average thickness of the hydration film. The results showed that the sliding rate of the soft rock grains was affected significantly by the waviness of sliding surface, the shear stress, and the average thickness of hydration film. The average grain size is essential for controlling the steady-state creep rate of soft rock. This study provides a new idea for investigating the deformation and failure of soft rock with the HM effect.     

高地应力断层带软岩隧道变形特征与控制措施研究

隧道在穿越断层地带时由高地应力引起的软岩大变形问题是隧道建设施工中难点,给隧道建设的施工与进度带来很大影响。本文结合区域地应力,围岩强度实验等分析柿子园隧道穿越断层地区产生支护结构破坏现象的原因,并对围岩压力,钢架应力,围岩变形进行了现场监测,得到了高地应力软岩大变形引起的支护应力特征与变形特征,提出了控制大变形的技术措施。研究表明,高地应力区软岩隧道穿越断层地带时,由于复杂的构造应力造成隧道结构受力不均,隧道左右两侧围岩压力,支护内力与围岩变形呈现出很大的不对称性。采用优化断面形式、加强初支刚度、非对称预留变形量和锚杆布置等措施可以有效减小隧道结构受力,控制隧道变形。     

岩盐时效特性实验研究

本文通过对盐岩单轴、三轴的强度与蠕变实验结果的分析,研究了应力状态对盐岩的强度及其时间相关性特征的影响。分析结果表明:盐岩是一种软岩,围压对盐岩力学性质影响较大;初始蠕变极限可以表示成稳态蠕变率的函数。通过实验获得的蠕变曲线和岩石参数,回归出了盐岩的蠕变本构方程,结果表明该方程能较好的模拟实验结果。