富水环境下泥质板岩膨胀演变各向异性特征研究EI北大核心CSCD

针对富水环境下含结构面的泥质板岩在膨胀过程中所表现的各向异性特征,制备含不同角度结构面的泥质板岩重塑样,开展膨胀特性试验、核磁共振试验和扫描电子显微镜试验,分析泥质板岩膨胀各向异性宏观演变规律和微观结构变化特征;基于试验结果,建立含结构面倾角的泥质板岩三维膨胀本构模型和膨胀应力细观表达式。结果表明:在富水环境中,在结构面倾角的影响下,重塑样膨胀率–膨胀荷载呈非线性关系,与天然泥质板岩曲线趋势表现一致;在相同轴向荷载下,轴向极限膨胀率与结构面倾角呈负相关;含不同倾角结构面泥质板岩的侧向约束轴向极限膨胀率、恒体积下轴向极限膨胀应力表现出明显的各向异性,二者均与结构面倾角呈负相关;膨胀稳定后以小孔隙和中孔隙为主,大孔隙较少;泥质板岩微观基本单元以片状颗粒为主,部分为块状颗粒,且颗粒空间排列定向性较明显,颗粒之间主要为片状体的面面接触,叠聚呈塔状;随结构面倾角的增大,孔隙数量、孔隙面积和面孔率逐渐减小,孔隙边缘趋向于复杂化;含结构面的泥质板岩三维膨胀本构模型和膨胀应力细观表达式从宏–细–微观尺度定量表征了富水环境下泥质板岩膨胀演变的各向异性特征。研究成果可为软岩膨胀机制研究和软岩膨胀问题处治提供参考。     

膨胀性软岩隧道支护结构受力特性及缓释方法

隧道工程中因软岩的膨胀性而诱发的隧道支护结构失稳现象十分普遍。以膨胀性软岩导致隧道围岩结构非均匀受力为出发点，研究膨胀性软岩隧道支护结构的受力特性，试图建立一种膨胀性软岩隧道支护结构受力缓释方法。在初期支护与二次衬砌之间植入团粒膨润土作为缓冲层，开展室内缩尺物理模型试验。通过MIDAS GTS NX软件建立三维数值模型，对比分析加入缓冲层前、后的膨胀性软岩隧道支护结构的受力特性。根据隧道力学理论推导构建膨胀性软岩隧道支护结构受力缓释模型，得到缓释系数表达式，据此验证膨胀性软岩隧道支护结构受力缓释方法的实用性。研究结果表明：加入缓冲层后，支护结构的变形及围岩膨胀力较加入前明显变小，变形均呈拱顶下沉、拱底向上隆起、拱腰向内收敛的特征；缓冲层通过对抗、弱化、传递以减小作用于支护结构上的围岩膨胀力，使单一的集中受力体系转变为均布荷载体系；通过缓释模型计算得出缓释系数为30%～50%，表明在初期支护与二次衬砌之间植入团粒膨润土作为缓冲层可以起到缓释膨胀力的作用，可为解决软岩隧道膨胀问题提供参考。