滇中红层张河组软岩水理性质研究

以滇中红层张河组为例,基于室内试验,从崩解、膨胀、软化3个方面研究了滇中红层软岩的水理性质。首先通过显微镜观察和X衍射分析,分析了其物质组成、黏土矿物成分及其相对含量。通过浸水崩解试验,观察崩解的发展过程并分析了其产生这种现象的的原因;通过膨胀试验,发现岩样在浸水初期膨胀力增加很快,之后逐渐降低并趋于稳定;将试样分别饱水2、3、4、5、6 d后,分别测定其单轴抗压强度,并测定相应岩样的含水率,发现平均含水率随饱水天数逐渐增加,软化系数随平均含水率的增加而降低。从黏土矿物的膨胀、溶解作用两方面分析了红层软岩水理性质的微观机理。     

某机场石英砂岩抗压强度实验研究

由于机场建设需要,在场区采取岩样进行单轴抗压试验。据试验结果,给出了场区不同风化程度的岩石,在干燥和饱和两种状态下的单轴抗压强度建议取值范围。根据实验结果分析知,场区出露的石英砂岩,水岩相互作用与岩体的风化程度及胶结类型关系密切:中风化、微风化岩样的软化系数明显大于强风化的岩样,即其受水影响较小;硅质胶结的岩样软化系数明显高于钙硅质及泥硅质,即其受水影响较小。实验还表明,随着岩样风化程度的降低,岩样的抗压强度及软化系数开始明显提高,但随着岩样风化程度的进一步降低,软化系数增加梯度也逐步降低。     

考虑水软化作用的非贯通共面节理岩体直剪试验的离散元分析

水软化作用会使得岩体内的胶结物溶解、腐蚀,引起节理岩体宏观力学特性的劣化。为探究水软化作用对节理岩体力学特性的影响机理,本文将考虑水软化、化学风化因素的岩石微观胶结接触模型引入到离散元中并模拟了非贯通共面节理岩体的直剪试验,根据得到的剪应力-应变曲线、胶结破坏数-位移曲线以及破坏后的微观信息,从宏微观角度分析了不同饱和度下法向应力及节理连通率对节理岩体力学性质的影响。模拟结果表明：在同一饱和度时,节理岩体的峰值剪应力与法向应力的关系满足摩尔库伦定律,饱和度的增长对岩体剪切强度的影响主要是使节理面及岩桥的黏聚力降低。节理岩体的破坏以岩桥与节理面的贯通为标志,在岩桥区域产生张裂缝及贯通的剪切裂缝,且拉力链主要集中在岩桥区域。     

酸对云冈石窟砂岩的劣化作用试验研究

云冈石窟所处的山西省大同市是我国重要的产煤区和煤化工基地,空气污染导致窟区内SO₂浓度超标。云冈石窟砂岩主要成分中的长石及钙质胶结物,对酸的作用极其敏感。为模拟硫酸对云冈石窟洞窟岩石的劣化作用,设计了硫酸浸泡劣化试验。通过测量不同pH值硫酸溶液浸泡的砂岩岩样的质量、波速以及溶液的pH值,并对比腐蚀前后岩样的抗压强度、物质结构,来研究硫酸对石窟岩石的破坏机理及其规律。结果表明:酸对此类钙质胶结砂岩的破坏非常迅速,且主要破坏岩石的钙质胶结物;随着反应次数的增加,波速明显降低;酸对岩样表层的作用特别严重;随着胶结物的丧失,岩石强度降低明显。     

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。     

新近系弱胶结岩力学特性的室内试验研究

引黄入洛工程隧洞围岩主要为新近系弱胶结砂岩和黏土岩,表现出极差的工程特性,是施工急需解决的关键性问题。通过室内单轴压缩变形试验,研究岩石结构和含水率对岩样力学特性的影响。结果表明:岩石结构和含水率对两种岩样的力学特性均影响较大;混合结构砂岩岩样的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比要明显小于均匀结构砂岩样的,而含水率的影响更大,随着含水率的增大,混合结构砂岩样的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比明显降低;岩石结构对黏土岩样的力学特性影响更大,与均匀结构黏土岩样参数相比,混合结构黏土岩样的单轴抗压强度显著降低,而弹性模量和泊松比却显著增大,弹性模量与单轴抗压强度呈负相关;随着含水率的增大,黏土岩样的单轴抗压强度、弹性模量明显降低,而泊松比明显增大,混合结构黏土岩样的弹性模量大幅降低。由于岩石强度很低,试验中的数据较少,因此应力—应变曲线均呈明显的台阶式变化。含水率较高和混合岩石结构是导致引黄入洛工程隧洞围岩工程特性极差的主要原因,施工时应首先解决地下水问题并进行超前支护,以增强围岩的强度和稳定性。     

基于颗粒流的花岗岩微观破坏机制研究

为研究岩石在单轴压缩条件下的微观破坏机制,利用岩石力学试验机进行花岗岩岩样的室内试验,采用颗粒流分析程序编程建立可靠的数值模型,通过分析试件压缩破坏过程的裂纹演化规律、裂纹数特征和能量耗散规律,讨论其微观破坏机制。结果表明,花岗岩岩样内部拉裂纹分布与宏观破坏面较为吻合,在裂隙发展中起着关键作用;峰值强度前,剪裂纹较拉裂纹发育显著,峰值强度后,拉裂纹数剧烈增加,造成岩样承载力的降低;岩样最终失效形式为沿对角形成宏观剪切面破坏,并有少量张拉襞裂破坏。     

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。     

不同倾角层状砂岩单轴压缩及数值模拟试验研究

地下层状岩体存在节理、断层等结构面,层状岩体是许多基础设施和地下工程的载体,层状岩体具有明显的各向异性。为探明具有不同结构面倾角岩石的力学性质和破裂模式对水利裂缝扩展的影响,人工制作不同角度结构面的岩石模型,并开展单轴压缩试验和ＦＬＡＣ3Ｄ数值模拟对岩样进行破裂模式和力学参数各向异性分析。结果表明当结构面倾角为0°时,试样发生劈裂破坏,宏观破裂面沿着结构面,结构面主导岩石的破坏模式;倾角为15°、30°和45°时,试样由劈裂张拉破坏逐渐转换为剪切破坏,宏观破坏面主要沿节理面发生,节理主导岩石破坏的作用开始逐渐削弱。倾角60°、75°和90°时,裂缝会穿过结构面,宏观破裂面不沿着节理层面。相同角度的饱水模型的单轴抗压强度明显降低,随着节理面倾角的减小,岩石单轴抗压强度出现先减小再增大的现象,图像趋势为“勺”形。研究结果可为矿区水力裂缝扩展趋势、岩层失稳破坏风险评估提供参考。     

考虑水软化-化学风化作用的岩石单轴压缩试验离散元模拟

西南地区以岩石地形为主,较为潮湿。而岩石在工程长期运行中,会受到水和化学风化作用的影响,分别表现出软化、强度降低以及力学性能劣化的特性。因此研究岩石在水、化学风化作用影响下的力学性质极其重要。本文采用离散单元法(DEM)模拟水软化-化学风化因素作用下岩石的单轴压缩试验,得到应力应变曲线以及破坏后微观信息图,从宏微观角度分析岩石受水、化学风化作用下力学性质,破坏模式的变化。模拟结果表明:随着岩石饱和度的增加,岩石的峰值强度、弹性模量不断减小,破坏模式由压剪扭破坏为主逐渐转变为拉剪扭破坏为主;随着化学风化程度增大,岩石峰值强度也随之减小,脆性破坏特征越来越不明显,与室内试验结果相吻合。     

饱水-风干循环作用下砂岩力学性质劣化规律

水库在建成运营过程中,水库内水位反复升降对库岸边坡安全性产生影响。为探究饱水-风干循环作用下水库边坡岩体力学性质的劣化规律,以某水库边坡水位变幅带砂岩为试验对象,进行岩石三轴压缩试验。引入劣化率概念探究水岩作用对砂岩力学性质的影响,并借助电镜扫描技术分析了砂岩在水岩作用下的劣化机理。研究表明:水岩作用程度相同时,砂岩峰值抗压强度随围压增大而变大;相同围压条件下,随饱水-风干/循环次数增多,砂岩峰值抗压强度、黏聚力、内摩擦角变小,且三者数值与循环次数N之间的变化规律符合指数分布。当水岩作用增强时,峰值抗压强度劣化率最小值为31.35%,黏聚力、内摩擦角劣化率分别为30.61%和15.37%;水库水位升降对砂岩峰值抗压强度、黏聚力影响较内摩擦角大,三者劣化率与循环次数N之间的变化规律同样符合指数分布。在砂岩三轴压缩试验基础上,对水岩作用下岩石劣化机理进行了研究。研究成果对于受水位反复升降影响的水库边坡安全性治理具有一定参考价值。     

水岩循环作用下变质砂岩力学参数劣化试验研究

为研究水岩循环对变质砂岩力学参数的影响,基于室内岩石水岩循环试验,对岩石主要力学参数在水岩循环过程中的弱化特性及弱化机理进行了研究。结果表明：水岩循环次数与岩石单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、黏聚力以及内摩擦角的变化呈负相关关系,与泊松比的变化呈正相关关系;水岩循环初始阶段各项力学参数的变化速率较快,但随着循环次数的增加最终趋于平缓。经过对28次水岩循环后岩石各项力学参数的劣化度D值分析认为,水岩循环对各项力学参数的敏感度为：泊松比＞抗拉强度＞黏聚力＞弹性模量＞内摩擦角＞单轴抗压强度。通过对水岩循环过程中岩石微观结构变化的分析表明,易水解矿物的溶蚀耗散、溶蚀裂隙的扩展延伸、溶蚀碎屑颗粒脱落等效应,是本试验岩石力学损伤的主要原因。利用回归分析建立了力学参数随循环次数变化的回归模型,并验证了其可靠性,基于试验结果及模型分析认为,经过16次水岩循环以后的岩石力学参数趋于平稳,因此选用16次水岩循环后的岩石力学参数进行工程设计是较为可靠的。     

西南某机场三叠系泥岩软化规律研究

某滑坡场区基岩主要为三叠系宝顶组泥岩段,以炭质泥岩为主,夹砂岩、粉砂质泥岩。针对该场区泥岩遇水软化的特性,将其分为层面组和层面裂隙组两种类型,用电镜扫描、X射线衍射、X射线荧光光谱、电感耦合等离子体以及离子色谱等测试手段,并结合岩石的物理力学试验分析其矿物成分、化学成分、微观结构及物理力学指标随饱水时间的变化。根据软化规律对泥岩(块)及泥岩结构面的软化阶段进行了划分,即分别为初始软化阶段、持续软化阶段和稳定软化阶段。     

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。     

山区船闸地基粉砂质泥岩室内压缩试验研究

利用MTS 815试验系统对岷江尖子山航电枢纽工程右岸船闸地基挤压破碎带粉砂质泥岩进行了系统的单轴压缩和常规三轴压缩试验,得到了其基本力学性质和破坏形态.研究结果表明:天然含水量和溶蚀作用对砂质泥岩的单轴抗压强度影响显著,岩样含水量越大,其软岩特征越明显;在天然含水率ω为7.3％ ～22.1％范围内,单轴抗压强度的最大...     

岩石混凝土界面抗剪强度劣化研究进展

综述了影响岩石混凝土界面抗剪强度劣化主要因素,包括化学侵蚀、温度效应和荷载作用,归纳了现有的岩石混凝土界面抗剪强度宏观和细微观试验方法,并总结了考虑岩石与混凝土力学性能、界面粗糙特征、界面初始黏聚力、外加正应力的界面抗剪强度劣化模型。针对水利工程中的岩石混凝土界面在高水力梯度作用下易发生溶蚀劣化的现象,提出了渗透溶蚀作用下的岩石混凝土界面抗剪强度劣化机理、劣化模型和溶蚀劣化的岩石混凝土界面损伤开裂裂缝扩展等有待进一步研究的问题。     

水岩作用下蚀变岩力学性质损伤规律

为了研究水位升降对蚀变带边坡岩石力学性质的影响,选取仓上露天金矿坑边坡蚀变岩样,进行了不同饱水-失水循环次数的单轴压缩试验。建立了函数关系描述蚀变岩力学性质在水岩作用下的变化规律,引入损伤率的概念分析了循环次数对蚀变岩力学性质的影响,并利用电镜扫描技术从微观角度分析了水岩作用对蚀变岩的损伤机理。结果表明水岩作用对蚀变岩的力学性质有明显的弱化现象,且水岩作用越强,弱化现象越明显;不同循环次数下,蚀变岩弹性模量随循环次数增加衰减迅速,峰值强度呈持续衰减状态;随蚀变、碎裂发展,水岩作用对岩石的力学性质损伤增加,循环15次后,弹性模量损伤率最大接近60%,峰值强度接近45%。     

温度周期循环作用下岩石损伤特性的试验研究

选取蚀变岩为试验对象进行了不同温度周期循环次数条件下的单轴压缩试验,对温度周期循环作用下岩石力学性质的损伤规律进行研究。研究结果表明温度周期作用对蚀变岩的力学性质有明显的弱化现象,随着温度周期循环次数的增多,单轴抗压强度和弹性模量均减小,且二者与循环次数n的关系服从指数分布;不同岩石对温度周期作用敏感性不同,蚀变风化程度越高的岩石敏感性越强;单轴抗压强度比弹性模量更易受温度作用的影响,温度周期循环20次后,单轴抗压强度累积损伤值达35.69%,弹性模量累积损伤值为29.57%,且岩石力学参数损伤值与循环次数n的关系同样符合指数分布;通过电镜扫描技术发现在温度周期循环作用下岩石内部产生裂纹裂隙,矿物成分及内部结构发生改变,晶格间连接力减弱,力学性质发生改变。     

济南地区盾构隧道富水闪长岩物理力学特性试验研究

济南地区存在富水闪长岩地层,其强度离散性大,了解其性质对于盾构选型、刀盘配置及盾构 掘进施工等具有重要意义。以济南地铁Ｒ２线长途汽车站地铁站在建基坑附近钻芯获取的不同风化闪 长岩作为研究对象,通过电镜扫描实验在微观层面观察其结构和矿物组成,利用岩石耐崩解实验在宏观 视角分析其遇水崩解的发展程度,并根据单轴及三轴压缩试验得到相关力学指标,分析其对盾构掘进能 力的影响,可为盾构在类似地层中施工提供参考。     

饱水-失水循环作用下岩石劣化特性试验研究

合徐高速公路位于江淮地区,夏季周期性的降雨作用使得合徐高速公路下覆浅埋岩层长期处于被雨水饱和-失水-再饱和的交替过程。为研究江淮地区泥岩和砂岩在水岩相互作用下的劣化特性,对取自合徐高速公路浅埋地层的泥岩和砂岩试样进行了抗剪、抗压强度实验以及电镜扫描实验,从宏观和微观的角度共同揭示了不同饱水-失水周期作用下岩石的孔隙结构与岩石强度软化的对应关系及相互映证规律。实验结果表明:水岩相互作用对泥岩和砂岩的抗剪、抗压强度参数及孔隙参数影响显著。岩石内聚力、内摩擦角随循环次数的增加而迅速衰减,当循环次数达到某一值之后,两种岩石的抗剪、抗压强度参数基本稳定。孔隙的数量、总面积、最大孔隙的面积、直径以及岩石表面孔隙率均随着循环次数的增加而增加。基于实验结果,探讨了水岩相互作用对岩石特性影响的劣化机制,为研究岩石劣化特性以及合徐高速公路工程稳定性提供了依据。