三峡库区万州红层砂岩流变特性试验研究

在三峡库区万州侏罗纪红层中,发育大量近水平滑坡,其成因一直存在争议.为揭示这些滑坡的形成机制,采用RLM-2000微机控制的岩石三轴蠕变试验机,在恒温条件下,对万州二层岩滑坡的砂岩进行蠕变试验.试样在破坏前经历约8 h的加速蠕变阶段,这与现场观察到的近水平滑坡破坏变形特点非常相似.蠕变试验的等时曲线显示该砂岩流变具有较好的线性特征.采取Burgers模型对砂岩流变曲线进行辨识,推导Burgers模型的三维本构方程,并确定模型参数.结果表明,采用Burgers模型可以非常准确地描述该种岩石的流变特性,为探讨万州近水平滑坡的力学机制提供模型和参数.通过分析蠕变应变率-时间关系,发现在蠕变加速阶段初期,蠕变应变率随时间近似线性增长,在蠕变加速后期,蠕变应变随时间近似指数增长.红砂岩在加速蠕变过程中具有高度的非线性,蠕变应变率随时间呈现跳跃增长特性.同时试验结果还表明,该种岩石长期强度只有瞬时强度的0.44倍,这一结论对研究近水平滑坡的形成机制以及防治具有重要的指导意义.     

红层泥岩改良土特性室内试验研究

宜巴高速公路穿越巴东组紫红色泥岩地层。直接将泥岩风化物作为路基填料填筑,产生了路面鼓包,翻浆冒泥和路基不均匀沉降、承载力不足等工程问题。为了消除泥岩路基土不良特性,采用石灰、水泥、粉煤灰对泥岩风化物进行改良试验研究。开展击实、承载比、无侧限抗压强度试验,利用自制崩解仪、大环刀进行改良土崩解试验及土水特性测试,利用环境电镜扫描改良土微观结构,研究分析泥岩改良土的工程特性及改良机制。在综合评价改良效果及分析膨胀指标、承载比、无侧限抗压强度等常规改良效果评价指标基础上,尝试结合耐崩解性、土水特性指标全面对比分析改良效果。结果表明：改良剂消除泥岩路基土的膨胀特性,大幅提高其承载力及抗压强度指标,其耐崩解性及水稳定性也得到提高和改善;水泥改良路基土效果最佳,掺比5%为最优;石灰改良效果次之,最佳掺比为7%;粉煤灰改良效果最差,掺比11%为最优,适当提高粉煤灰掺量改良效果会更佳。     

西北地区红层泥岩崩解特性试验研究

针对西北地区红层泥岩设计了一套自由浸水崩解装置,对不同质量的红层泥岩试块进行自由浸水试验。考虑试块的吸水过程,将试块吸水率作为崩解试验结果的补偿,研究不同质量红层泥岩试块的崩解率、崩解速率随时间变化规律。结果表明,测试红层泥岩膨胀性矿物含量较少,其崩解的前30%时间内崩解率可达45%~75%,前50%时间内崩解率可达68%~90%,崩解总时间T与试块质量m满足关系。随着试块质量增加,试块崩解速率越大,且崩解的前50%时间内崩解率增加显著。     

砂岩、泥岩颗粒崩解特性试验研究

为了科学、有效地在工程中利用泥岩,从砂岩、泥岩颗粒的崩解性质出发,通过室内崩解试验,探讨其崩解机理,并结合崩解试验现象,探讨砂岩、泥岩颗粒的崩解规律。结果表明,砂岩、泥岩各粒径颗粒均存在崩解,会分裂成较小的颗粒,块体岩石的崩解是各级粒径颗粒崩解效应的集合。     

红层泥岩改良土填料物理力学特性的试验研究

红层泥岩是一种特殊岩土,其工程性质很难满足无碴轨道路堤填料要求.文章通过对红层泥岩进行改良,并对其进行击实试验、三轴试验、无侧限抗压强度试验.试验结果表明红层泥岩改良土填料在最优含水量附近可得到较大的密实度,在无围压的情况下具有较大的抗压强度,并测得了红层泥岩改良土的粘聚力和内摩擦角.     

混凝土冲击作用下红层泥岩桩基沉渣特性试验

桩底沉渣的存在不可避免会降低灌注桩的承载力。结合孔底沉渣形成特征,研究混凝土对桩底沉渣的冲击作用,通过室内水-岩相互作用研究红层泥岩地区孔底沉渣在不同条件下的形成特征,同时利用室内冲击试验和现场冲击试验,研究混凝土对沉渣的冲击作用在不同影响因素下沉渣性质的变化规律。试验结果表明:孔底为干孔时,孔底沉渣是小颗粒天然含水率沉渣;若孔底为湿孔,孔底沉渣为饱和泥化物或细颗粒沉渣;在混凝土冲击作用下,干孔中沉渣基本无变化,湿孔中沉渣反孔顶明显,可能导致桩底缩径。     

川中红层泥岩时效膨胀变形特性试验研究

四川盆地及周边山地广泛分布俗称为"川中红层"的侏罗系泥岩,是一种典型的软岩,其强度低,易风化崩解,流变特性显著,具有一定的膨胀特性,是引起该地区多处高速铁路路基长期持续性上拱变形的一个重要因素。为揭示红层泥岩在浸水条件下的时效变形特性,以川中红层典型泥岩为对象,在室内开展原状岩样浸水物化膨胀性试验,分析红层泥岩的吸水膨胀变形随时间的变化规律及其影响因素。试验结果表明,常规膨胀性指标显示川中红层泥岩为非膨胀岩,或仅具有弱膨胀性,原状岩样吸水膨胀率较小,但具有显著的时间效应;采用类Kelvin体建立红层泥岩膨胀蠕变模型,模型参数K和η可有效度量膨胀蠕变的极限应变及黏滞特性;原状岩样的结构性是影响其吸水率的重要因素,通过岩屑筛分试验获得最大含量粒组颗粒粒径dmax、细粒和微粒质量占比ω1.0和有效粒径d10三个参数,可以定量判断泥岩的吸水特性和膨胀特性,dmax越小、d10越小、ω1.0越大,则泥岩的吸水率越大,膨胀性越强。研究成果对川中红层泥岩地层高速铁路路基长期持续性上拱变形的机制认识及治理方案论证具有参考作用,并为红层泥岩物理、水理及力学特性及其相互关系的定量研究提供基础。     

饱和红层泥岩填料动力及耗散能特性试验研究

路基基床变形控制是保证高速铁路线路平顺性的重要前提之一,基床变形由外部荷载和路基填料动力特性决定。通过不同围压和动应力下的动三轴试验研究了饱和红层泥岩填料动力及能量耗散特性,结果表明：饱和红层泥岩填料的累积变形、应变速率和等效模量具有内在相关性,可通过状态边界面表征。围压变化将引起状态边界面形状和大小的改变,动应力则决定了填料动力响应在状态边界面中的位置。填料耗散能具有两阶段特征,先随振次增加而衰减随后到达稳定状态。填料的累积变形、变形速率和等效模量与耗散能大小有关,同样可通过状态边界面表征,耗散能则受动应力水平影响。当相对能量水平低于20%,填料累积变形最终能够稳定,处于动力稳定状态;当相对能量水平位于20%～60%,填料处于动力临界状态;而当相对能量水平高于60%,填料的长期稳定性无法保证,处于动力失稳状态。     

泥岩和砂岩嵌岩桩承载特性室内试验研究

针对重庆地区侏罗系沙溪庙组中风化砂岩和泥岩的特性,在室内开展两种基岩类型的模型试验,着重从嵌岩深度和基岩特性两方面探讨大直径嵌岩桩的承载能力、轴力传递规律、桩侧摩阻力和桩端阻力的发挥特性。试验结果表明:4根模型桩的沉降随荷载的增大均呈缓变型增长,在相同嵌岩比下,提高桩周岩层的强度,可提高嵌岩桩的承载能力,更充分地发挥桩侧摩阻力,但桩端阻力的发挥会受到影响;试桩的桩侧摩阻力占桩顶荷载的80%以上,均属端承摩擦桩,其分布呈"上大下小"双峰模式,且随嵌岩比的增大,靠近桩底的峰值有向下退化的趋向。     

四川盆地红层泥岩的基本特性和膨胀性及软化的试验研究

通过对红层泥岩的分布、风化及基本特征的分析,说明了四川盆地红层泥岩的工程特性;利用击实试验、三轴压缩试验、膨胀率试验、软化等试验研究,对红层泥岩散体及的工程特性有了较为详细的掌握,为四川盆地红层泥岩在交通建设中的合理使用提供了试验依据。     

粗砂岩变形破坏过程中渗透性试验研究

利用三轴耦合试验机进行粗砂岩不同围压条件下的变形破坏过程渗透性试验,分析粗砂岩变形及破裂过程中渗透性的变化规律,研究围压对粗砂岩渗透性的影响,探讨试样变形过程中渗透系数与体积应变的关系。研究表明:粗砂岩三轴压缩变形过程中,渗透性变化的总体规律呈现出与偏应力–应变曲线相应的阶段性,即微裂隙压密阶段与弹性变形阶段,渗透性随偏应力增大呈略微降低;弹塑性变形阶段,随新生裂隙的扩展,渗透性先缓慢增大,而后急剧增大,峰值强度后达到极大值;残余流动阶段,产生的贯通性裂隙由于围压作用被压密而导致渗透性下降。在岩样变形破坏过程中,渗透性对环向应变的变化更为敏感。围压越大,粗砂岩渗透性变化曲线的峰值及峰后残余值越小,渗透系数–应变过程曲线越平缓。最后,基于多孔介质理论的质量守恒方程得到孔隙率与体积应变的关系式,采用Kozeny-Carman方程研究粗砂岩变形过程中渗透系数与体积应变的关系,计算结果显示,Kozeny-Carman方程在岩样以孔隙为主要渗流通道阶段适用性较好。     

考虑基体混凝土抗压强度影响的再生粗(细)骨料混凝土干燥收缩模型

对已有研究中再生混凝土干燥收缩试验结果进行分析,发现再生细骨料对再生混凝土干燥收缩的影响随着基体混凝土强度的增大而降低,然而现有再生细骨料混凝土干燥收缩模型均未考虑基体混凝土强度的影响,这会高估采用源于高强混凝土的再生细骨料配制的再生混凝土的干燥收缩变形。基于现有试验结果,引入基体混凝土抗压强度影响系数,对课题组前期提出的再生细骨料混凝土干燥收缩模型进行修正,所提出的修正模型对再生混凝土干燥收缩性能预测结果相对现有其他模型预测结果离散性更小、精度更高,线性回归系数为1.009,判定系数为0.841。在工程常见参数范围内,采用修正模型进行了系统的参数分析,以研究基体/再生混凝土强度、砂率、再生粗/细骨料取代率、再生粗/细骨料吸水率和环境相对湿度等参数对再生混凝土干燥收缩的影响。分析结果表明,再生细骨料取代率的影响随再生粗骨料取代率的增大而降低,但影响依然显著;随着基体混凝土抗压强度的提高,再生骨料对混凝土干燥收缩的影响显著降低,设计中需考虑该因素的影响。     

非饱和黄土受压过程中交流电阻率特性试验研究

 通过压缩试验,对不同应力、应变、孔隙率、饱和度、电流频率等条件下的黄土电阻率特性进行研究。基于非饱和黄土的等效电路,综合考虑饱和度附加的孔隙微观分布的不均匀性、电流在土中流通的曲折性、电流频率等影响因素,推导其电阻率模型。结果表明：不同电流频率下,电阻率均随应力和应变的增加先急速减小,当应力增大到200 kPa,同时应变增加到0.084后,电阻率逐渐稳定;电阻率均随着孔隙率的减小先急速降低,当孔隙率减小到0.41后,电阻率逐渐趋于稳定;电阻率均随着饱和度的增加先急速降低,当饱和度增加到52.7%时,电阻率逐渐趋于稳定;电阻率的变化规律与土体结构的变化密切相关,可以分为4个阶段;不同应力条件下,电阻率均随着电流频率的增加先快速降低,当电流频率增加到50 kHz时,电阻率逐渐趋于平稳;在采用交流电阻率法对非饱和黄土进行测试和评价时,为了降低电流频率对电阻率值影响而导致的误差,建议将电流频率控制在50 kHz～1 MHz范围内。     

粗、细尾砂筑坝渗流特性模型试验及现场实测研究

以云南2个矿山生产的粗尾砂和细尾砂为堆坝材料,通过室内小比例渗流堆坝模型试验和现场实测,对粗、细尾砂在堆坝过程中渗流规律进行对比研究.研究结果表明:(1) 细粒尾砂堆积坝的浸润线较粗粒尾砂堆积坝高的原因有两方面:①细粒尾矿自身渗透性差;②在堆坝过程中,细粒尾砂在用于防漏作用的土工布上形成了一层较密实的防水层,堵塞了土工布排水小孔,阻碍了尾矿坝排渗效果;(2) 粗、细粒尾矿堆积坝的坝前沉积规律基本相同,即同一水平面上为前缘细后部粗,上部粗下部细,但粗粒尾矿堆积坝形成的干滩面坡度较大,为1.0%～2.5%,而细粒尾矿堆积形成的干滩面坡度比较平缓,为0.3%～0.9%;(3) 根据尾矿坝的整体排渗效果,提出"尾矿坝相对渗透率"的概念,在外部条件基本相同的情况下,细粒尾砂堆积坝的相对渗透系数约为粗尾砂堆积坝的25%;(4) 由于细粒尾矿渗透性较差,浸润线偏高,造成尾矿坝坝坡水头压力较大,极易引起坝坡渗透破坏.研究成果对类似尾矿堆坝的研究具有重要的指导意义.     

高温后粗砂岩常规三轴压缩条件下力学特性 试验研究

 通过在MTS815.03电液伺服岩石力学试验机上对焦作方庄煤矿煤层顶板粗砂岩进行高温后常规三轴压缩试验,基于试验结果研究不同温度作用后常规三向压缩条件下粗砂岩宏观力学特性,分析粗砂岩强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角和极限应变与温度的关系;同时对粗砂岩强度、平均模量与围压关系进行探讨。研究结果表明,围压一定,温度为25 ℃～300 ℃时,随着温度的升高,试样的强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均逐渐增大,而变形模量有所降低。高温产生的热应力起到容纳变形和裂隙闭合作用,砂岩试件部分原生裂隙逐渐愈合,裂隙数量减少,密实程度提高,矿物颗粒间接触关系得到改善,摩擦特性得以增强;超过300 ℃ 以后,随着温度的升高,粗砂岩试样的强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均有所减小,而峰值变形逐渐增大,由高温引起的粗砂岩矿物颗粒的不同热膨胀率导致跨颗粒边界的热膨胀不协调,从而产生结构热应力使试样内部产生微裂隙,试样承载能力和抗变形能力减弱。而围压对粗砂岩的力学性质起到改善和强化作用,当温度一定时,随着围压的升高,粗砂岩试件强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均逐渐增大。     

不同含水状态下砂岩剪切过程中声发射特性试验研究

 利用自主研发的煤岩细观剪切试验装置和PCI–2型声发射测试分析系统对饱和度分别为0%,50%和100%三种不同含水状态下砂岩剪切破坏过程中的声发射特性进行试验研究,探讨声发射信号随时间的演化规律及其与砂岩裂纹的开裂、扩展之间的关系。研究结果表明：声发射活动伴随着砂岩整个剪切破坏过程,表现为剪应力峰值前,声发射活动不显著,声发射信号均较小,而在剪应力峰值后声发射信号出现剧增;且随着含水量增加,砂岩抗剪强度依次减小,声发射信号的剧增点出现的时间相应提前;在各含水状态下,声发射事件率峰值出现的时间总是滞后于剪应力达到峰值的时间;饱和度为0%时砂岩表面裂纹出现在剪应力峰值之后,且声发射活动最强烈,破坏时的累计声发射事件数最多,即累计损伤最大;而饱和度为50%和100%时砂岩表面裂纹出现在剪应力峰值之前,破坏后累计声发射事件数相对较少,累计损伤也相应小一些。     

Cr(Ⅵ)污染土剪切过程中电阻率变化规律研究

为研究不同干密度下无污染重塑土和Cr6+污染重塑土在剪切过程中电阻率与抗剪强度关系,分别制取6种不同干密度的无污染重塑土和Cr6+污染重塑土试样,对其进行直剪试验,同时测量其电阻值,然后进行电阻率的换算与修正,并分析收集整理的数据。结果表明:较小频率可以反映土体结构变化,无污染重塑土较早达到抗剪强度值;Cr6+污染重塑土的强度随剪切位移而不断增加,Cr6+污染重塑土剪切过程电阻率的变化较无污染重塑土呈逐渐减小的趋势;Cr6+污染重塑土随干密度增加,剪应力增大,电阻率呈现先减小再增大,最后减小的走势;干密度在特定区间时,Cr6+污染重塑土的黏聚力小于无污染重塑土,其内摩擦角大于无污染重塑土的,而当干密度小于或者大于1.35~1.5区间时,黏聚力和内摩擦角的变化规律正好相反。     

拉–压–剪应力下细砂岩和粗砂岩破裂过程声发射特性研究

利用TAW–2000KN压力机、TYJ–500KN压力机和SH–II声发射系统,对粗砂岩和细砂岩进行单轴压缩、巴西劈裂和变角剪切实验,对裂纹扩展过程中的力学特性和声学特征开展研究。实验结果表明:通过统计细砂岩和粗砂岩的单轴抗压、抗拉和抗剪强度可知,岩石抗压和抗拉强度比近似相等,抗剪强度比相差较大。细砂岩和粗砂岩剪切破坏过程声发射特征差异明显,剪应力作用下细砂岩声发射计数曲线变化规律为:(1)–I–(2)–II–(3)(其中"–"表示区间),剪应力作用下粗砂岩声发射计数曲线变化规律为:(1)–I–II–III–(2);声发射能量特点为:细砂岩:呈现弯曲"厂"型,粗砂岩:呈现标准"S"型曲线,且峰前与应力–应变曲线变化规律完全一致。细砂岩和粗砂岩拉伸破坏过程声发射特征差异明显,拉应力作用下细砂岩声发射计数曲线变化规律为:(1)–I–(2)–II–(3)–III,拉应力作用下粗砂岩声发射计数曲线变化规律为:(1)–I–(2)–II–(3)–III;声发射能量特点为,细砂岩:由于局部失稳破坏存在,呈现复杂路径增长,粗砂岩:呈现直线趋势增长。从破坏角度分析,2种岩石区别在于,细砂岩破坏前发生声发射计数和能量的缓慢增长,破坏后出现一定的稳定期。粗砂岩加载前期,高计数信号和低计数信号交替出现,破坏前期和破坏阶段高计数信号和低计数信号混合稀疏出现。细砂岩和粗砂岩单轴压缩过程声发射特征区别较大,声发射计数特点为:细砂岩:(1)–I–(2)–II–(3),粗砂岩:(1)–I–II–(2)–(3);声发射能量特点为:细砂岩:呈现扁平型"S"曲线,粗砂岩:呈现明显"Z"型曲线。利用声发射RA值与平均频率关系能较好反映裂纹类型,拉伸破坏和剪切破坏均符合客观实际。单轴压缩破坏形态给予裂纹类型正反馈,说明应用声发射技术判断裂纹类型有效、可行。     

砂岩卸围压变形过程中渗透特性与声发射试验研究

 利用岩石伺服试验系统,对江西红砂岩岩样进行气体渗透三轴试验及声发射监测,研究在常规加载、峰前卸围压和峰后卸围压3种应力路径下,岩样变形破坏过程中的渗透规律和声发射特征。试验结果表明：(1) 随着有效围压的增大,岩石岩样的应力峰值逐渐增大,岩样的应力峰值对有效围压很敏感。(2) 常规加载时,渗透率在岩石屈服前呈现略微下降的趋势,屈服后迅速增长,峰后应变软化阶段有小幅回落;峰前和峰后卸围压时,在卸载之前渗透规律与常规加载时相同,卸载后渗透率均呈急剧增长的趋势,增幅也较大,其中峰前卸围压后渗透率增幅最大。(3) 在相同加载方式下,围压的增大不影响渗透率曲线的发展趋势,只影响渗透率在各阶段量值的大小。(4) 常规加载时,岩石声发射活动在屈服前比较平静,屈服后声发射活动非常活跃,峰后应变软化阶段声发射活动再次趋于平静;峰前卸围压不久后,声发射活动异常活跃、密集,能量数相对值较大并有明显峰值;峰后卸围压过程与常规加载过程中声发射规律相似。(5) 岩样的破坏过程中,随围压增大,脆性减弱、延性增强,在同一围压水平下,峰前卸围压破碎程度最高,脆性最强。(6) 岩石扩容点与渗透率最小值所对应的轴向应变值十分接近,体应变和渗透率随轴向应变的变化趋势对应较好,声发射活动的密集阶段均发生在体积膨胀之后,渗透率、声发射、应力及(体)应变之间存在一定对应关系。     

Cu~(2+)对温州软粘土电阻率特性影响的试验研究

温州制革、电镀等轻工业发达,废水中Cu~(2+)含量较高,多处地下水和土壤受到污染。选取典型温州软黏土,将土样重塑,加入不同浓度的Cu~(2+)和适量水泥进行固化,通过测试不同土样电阻率来研究Cu~(2+)对土体性能的影响。电阻率测试在改装的一维压缩固结试验中进行,压缩中部分土样电阻率变化不显著,但可量测到压缩过程中电阻率的变化规律。试验结果表明:电阻率可以很好地评估加入水泥之后土体性质的改变,在实际工程中可以用来反映土体的污染程度;土体在Cu~(2+)含量和含水量很高时,不宜采用电阻率法评估土体污染压缩的过程。