谈破石头沟膨胀性围岩段引水隧洞施工

阐述了膨胀性土及膨胀性泥岩的基本特性及支护要求,并结合重钢西昌矿业有限公司破石头改道工程大型引水隧洞施工中膨胀性泥岩隧洞段的开挖支护经验,提出针对该类围岩隧洞的施工应坚持"短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测"的施工理念,尽可能缩短开挖围岩的暴露时间,从而有效减少此类围岩的失稳垮塌。实践经验表明,文中介绍的施工工艺对于大断面膨胀性泥岩隧洞施工而言是合理可行的。     

钻井液浸泡下深部泥岩强度特征试验研究

 针对钻井液作用下深部泥岩破坏的关键技术难题,通过室内试验分析钻井液浸泡下深部泥岩强度弱化规律,并从微观角度分析试样发生变化的机制。研究结果表明：(1) 钻井液浸泡下,随取芯夹角增大,岩石强度先增大后减小,岩石强度降幅高达49.5%～54.7%;随着围压增加,取芯夹角为0°和90°时岩石强度增幅较低,仅为26.4%～39.2%。(2) 泥岩弹性模量随钻井液作用时间的增加而降低,随取芯夹角的增加呈现先增大后减小的变化规律,泊松比变化规律则相反。(3) 与内摩擦角相比,泥岩黏聚力变化规律性强,0°和90°条件下黏聚力降低幅度较大,最高达67.3%;其他情况下泥岩黏聚力变化幅度不大。(4) 钻井液滤液的渗入导致泥岩内部裂缝缝尖应力强度因子增加、临界断裂韧性降低、裂缝扩展,这是泥岩强度降低的根本原因。同时,钻井液滤液改变了层理面填充物的矿物成分,降低裂缝面的摩擦因数,加剧岩石强度的降低。     

谈潭衡西高速公路白垩系粉砂质泥岩风化特性

针对不同风化程度的粉砂质泥岩岩体进行了工程特性、风化耐久性和风化速度试验,试验结果表明：随着岩体风化程度的加深,岩石中黏土矿物含量增加,岩石中碱和碱土金属氧化物含量相对减少,岩石干密度降低、总孔隙度和吸水率增大,力学性能降低,岩体更容易软化崩解。岩石的风化速率与自身的风化状态和暴露的面积有关。     

Swelling experiments on mudstones

This paper studies the swelling of highly consolidated mudstones by theoretical considerations and laboratory experiments. A key assumption was made that saturated and uncemented clays behave as heavily dense colloid without direct contacts among solid particles. It leads to an important conclusion that the swelling pressure acting on adsorbed interparticle water-films is equivalent to the effective stress, This so-called clay-colloid concept is validated by various swelling experiments on two kinds of mudstones, the Callovo-Oxfordian argillite in France and the Opalinus clay in Switzerland. In the tests, water adsorption-desorption, swelling pressure and strain were measured on the samples at various suctions and load-controlled conditions. Results suggest that： （1） the mudstones can take up great amounts of water from the humid environment, much more than the water content in the natural and saturated states; （2） the swelling pressure increases with water uptake to high levels of the overburden stresses at the sampling depths of 230 to 500 m, indicating that the adsorbed water-films are capable of carrying the lithostatic stress; and （3） the large amount of water uptake causes a significant expansion of mudstones even under the lithostatic stresses.     

大坂泥岩隧洞TBM脱困综合技术方案

新疆大坂某引水隧洞TBM施工掘进至松散破碎Ⅴ类膨胀性泥岩洞段后,由于高地应力和软岩大变形影响,多次发生卡机事故,盾构机前进困难,严重影响施工进度。现采用LW水溶性聚氨酯类灌浆材料,并提出相应的灌浆配套技术和工艺,加固隧洞塌方洞段获得成功。与国内外TBM卡机后,通常采用的价格昂贵而且有毒性的氰类高分子材料相比,本方法具有一定的先进性和经济性。     

Energy-based insight into characterization of shakedown behavior of fully weathered red mudstone

Weathered Red mudstone is widely distributed in Sichuan basin. The compacted weathered red mudstone has been used as subgrade fill materials of high-speed railway in southwestern of China. Dynamic responses of such materials under cyclic loading are critical to long-term stability of subgrade. Shakedown concept is widely employed in characterizing the permanent deformation behavior of soils. According to the evolution of axial strain (Werkmeister’s theory) or unit dissipated energy (Tao’s theory) with loading cycles, the behavior of unbound granular materials can be classified into three categories: plastic shakedown, plastic creep and incremental collapse. However, both theories are more suitable for the unbound granular materials with some limitations when used to separate the plastic creep and incremental collapse behavior. To overcome the limitations of the current theories, 26 cyclic triaxial tests were conducted on a saturated fully weathered red mudstone (SFWRM) to study the evolution of axial strain and unit dissipated energy during cyclic loading. A clear dependency of axial strain, axial strain rate on the unit dissipated energy level under various cyclic stress states were observed. A new criterion which is based on the responses of unit dissipated energy with cyclic stress ratio, was proposed to determine the limit between plastic creep and incremental collapse. Comparing with Werkmeister’s criterion and Tao’s criterion, the proposed criterion showed a better performance in identifying the incremental collapse behavior of the SFWRM.     

武汉绿地中心大厦大直径嵌岩桩现场试验研究

武汉绿地中心大厦高636 m,基底平均压力达1500 k Pa,开展了桩径为1200 mm,有效桩长25.9~33.6 m,以较硬岩(微风化砂岩)和软岩(中—微风化泥岩)为桩端持力层共4组嵌岩桩承载力静载荷试验,并对桩身轴力与变形进行了量测。试验表明:4根试桩Q–s曲线皆为缓变型,极限承载力不小于45000 k N,对应工程桩桩顶标高沉降为9.7~10.8 mm,桩端沉降为2.4~2.8 mm,桩顶沉降的90%为桩身压缩量。软岩嵌岩桩与较硬岩嵌岩桩的侧摩阻力分布曲线及承载特性存在显著差异。四根试桩的端阻比介于45.3%~58.7%。软岩嵌岩桩的实测桩端阻力大于基岩单轴抗压强度,采用桩基规范方法计算将低估其实际承载力。本工程4根试桩均表现出较好的承载与变形控制能力,静载试验结果为本工程嵌岩桩设计提供了依据,同时为武汉地区大承载力嵌岩桩实践与理论研究提供了有益参考。     

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。     

三轴应力作用下水对岩石应力松弛特性影响作用试验研究

 采用RLJW–2000岩石三轴流变伺服仪,在相同试验条件下分别对干燥与饱水状态下的粉砂质泥岩进行室内三轴压缩应力松弛试验。依据试验结果,分析了松弛稳定后水对岩石总应力松弛量、总应力松弛度、松弛稳定时间、平均应力松弛速率的影响作用,并且分析了松弛过程中随时间的增加水对岩石应力松弛量、应力松弛度、应力松弛速率影响作用的变化趋势。考虑粉砂质泥岩流变参数的损伤劣化效应,以Hooke-Kelvin模型为基础,引入损伤变量对模型进行改进,建立了岩石的非线性应力松弛损伤模型。应用Levenberg-Marquardt算法,辨识得出干燥与饱水岩石的应力松弛损伤模型参数。基于辨识结果,研究了水对岩石非线性应力松弛损伤模型参数的影响作用。研究结果表明：(1) 由于水的影响作用,松弛稳定后粉砂质泥岩的总应力松弛量减少、总应力松弛度增大、松弛达到稳定的时间增长;松弛过程中,随时间的增加,水对粉砂质泥岩应力松弛量与应力松弛度的影响作用减弱。(2) 由于水的影响作用,粉砂质泥岩的平均应力松弛速率减小,各时刻岩石的应力松弛速率降低;松弛过程中,随时间的增加,水对粉砂质泥岩应力松弛速率衰减的影响作用增强。(3) 粉砂质泥岩应力松弛过程中,水对岩石的黏性力学特性影响作用较大,而对岩石的瞬时弹性和黏弹性力学特性影响作用相对较小。(4) 粉砂质泥岩的应力松弛损伤受应变水平、时间以及水3种因素的共同影响,而非线性应力松弛损伤模型可以有效地反映3种因素对岩石应力松弛参数的综合损伤弱化作用。(5) 水对粉砂质泥岩应力松弛特性的影响作用是极其显著的,水极大地增强了岩石的时效特征,改变了粉砂质泥岩的应力松弛特性。因此,在重大工程设计和施工中,不能忽视水对岩石应力松弛特性的影响作用。     

不同水损伤程度下泥岩断裂力学特性试验研究

为研究不同程度水损伤作用对泥岩断裂力学特性的影响,对水中浸泡不同时间条件下的泥岩半圆盘试件进行三点弯曲试验,同时利用PCI–2型声发射系统对泥岩试件的断裂全过程进行实时监测。结果表明:天然泥岩的断裂力学行为受水–岩作用影响显著,随着浸泡时间的增加,其峰值载荷不断下降,浸泡200 min后,该泥岩纯I型至纯II型断裂韧度分别降低至未损伤条件下的53%,56.5%,61%,64%,64.7%和67.6%,且泥岩的断裂破坏形式由脆性逐渐转变为延性。通过声发射定位确定了不同损伤程度下泥岩半圆盘试件中断裂过程区长度,随着损伤程度加深,断裂过程区长度逐渐减小,声发射事件累计总数不断增加;同时,将试验得到的等效断裂韧度与纯I型断裂韧度的比值与引入T应力后改进的最大周向应力理论比值进行比较,表明在未浸泡及短时间浸泡条件下试验结果符合该理论结果;但随着损伤程度的加深该试验结果拟合曲线逐渐偏离理论曲线,浸泡时间达到200 min时,该偏离情况较为明显。