引洮工程红层软岩隧洞TBM施工预留变形量分析

引洮工程属大型跨流域自流引水工程。工程区广泛分布新近系红层软岩,工程地质条件复杂,存在红层软岩隧洞大变形和TBM卡机等工程地质问题。依托引洮工程7#试验洞,采用原位剪切试验、现场变形试验室内流变试验等方法,获取了新近系红层软岩的物理力学参数。采用理论计算和数值计算方法(Burgers mode),对不同埋深条件下红层软岩隧洞的变形特征和最大变形值进行分析。重点研究了TBM掘进预留变形量的问题,提出引洮工程7#红层软岩隧洞TBM掘进预留变形量建议值为9～13cm。研究成果直接服务于引洮工程,为优化设计提供直接的地质支持,也可为同类工程提供借鉴。     

地球物理相在东营凹陷始新统红层沉积相研究中的应用

针对东营凹陷始新统红层沉积相类型平面展布规律不明确等问题,在红层岩性特征、粒度分布特征、沉积构造特征等沉积相标志研究的基础上,确定了红层沉积相类型,建立了地球物理相与红层沉积相类型间的对应关系,达到了利用地球物理资料对沉积相序特征和相带平面展布规律研究的目的。结果表明,东营凹陷始新统红层发育冲积扇、洪水-漫湖2种沉积相类型,前者分为扇根、扇中、扇缘3种亚相,后者分为漫湖坪、漫湖席状砂、漫湖滩坝、漫湖三角洲4种亚相。选取自然伽马曲线进行测井相分析,始新统红层的自然电位测井曲线整体具有较薄单层的微齿化和齿化特征,总结了不同沉积类型的测井响应,建立了东营凹陷始新统红层5大类、8小类测井曲线组合模式。结合沉积相标志研究结果,通过大量地震剖面的观察发现,红层发育4种类型的地震相。在沉积相标志的"点-线"标定,以及测井相和地震相的平面约束下,分析了红层沉积相类型的平面展布规律。     

红层软岩膨胀力学特性试验研究

红层地区岩体膨胀变形现象显著。为研究红层软岩膨胀力学性能,采用YYP-50型岩石膨胀压力试验仪和岩石自由膨胀率试验仪对某隧洞区5种不同岩性的红层软岩进行室内膨胀特性试验,并通过pH计测定了膨胀压力试验前后水溶液的pH值。试验结果表明:该隧洞区5种红层软岩的平均膨胀压力差异明显,最低为175.13 kPa,最高可达2 080.16 kPa,膨胀力的对数与膨胀应变呈线性增长关系,膨胀压力与干密度、吸水率皆呈正相关,与初始含水率呈负相关;膨胀压力试验后5种软岩的水溶液pH值均大于7,且不同地层水溶液pH值变化率不同,膨胀压力的大小与pH值及其变化率呈正相关;5种软岩的平均自由膨胀率相对较大,纵向、径向最高可达40.8%和32.4%,平均膨胀压力与平均自由膨胀率表现出指数增长趋势。研究成果可为今后膨胀岩地区工程建设提供一定的理论支撑。     

新疆塔西南地区与盆地卤水作用有关的金属矿床成矿系统

密西西比河谷型(MVT)铅锌矿是世界最重要的铅锌矿床类型之一,MVT矿带或其附近往往相伴有砂岩型铜矿、铀矿、铁矿(化)等。对新疆塔西南地区主要容矿地层建造、主要类型矿床典型矿床解剖等方面的研究发现,这些矿床的形成均与盆地卤水作用有密切的关系。这些矿床的含矿建造往往为一些特定的沉积岩石组合,诸如碳酸盐岩(上)/紫色砂岩(下)组合、膏盐层(上)/紫色砂岩(下)组合、紫色泥岩(上)/砂(砾)岩(中)/紫色泥岩(下)组合等,分别控制MVT型铅锌矿和铁矿、砂岩型铅锌矿、砂岩铜矿和铀矿等。塔西南地区的MVT、砂岩型铅锌矿、铜矿、铀矿等均分布于红层盆地和生烃岩盆地附近。其中,红层盆地形成于中新世,提供氧化性的卤水,在渗透性良好的砂岩中迁移时,淋滤其中的金属物质,因此富含Pb、Zn等元素;生烃岩盆地主要是侏罗纪盆地,提供富含有机质的还原性卤水,其中可能富含低价态的硫。不同类型矿床成矿机制不尽相同,但主要与两类盆地卤水作用有关。     

高速铁路红层软岩路基时效上拱变形机制研究

红层软岩地区高速铁路路基在运营期出现持续上拱变形,已成为当前阻碍我国高速铁路发展的又一关键因素,为揭示引起红层软岩地基时效性上拱变形机制,以西南地区某典型红层软岩深挖路堑路基上拱变形病害工点为依托,在现场工程地质与水文地质调查分析的基础上,结合基底地应力测试、红层软岩的吸水膨胀性试验和不同水理条件下的蠕变性试验结果,从地基岩体赋存的水、力环境、红层泥岩的时效性膨胀特性和水-力耦合蠕变特性角度,建立红层软岩地基分层变形机制模型,并系统分析地基短期、中期和长期上拱变形机制和特征。研究成果表明:(1)上拱区段属红层泥岩夹薄层砂岩的近水平地层结构,开挖法向卸荷引起浅层岩体微观裂隙松弛而视显,深层岩体仍为完整,地基岩体水平切向应力显著增大导致路基变形具有明显的结构效应;(2)侧向约束轴向自由下,红层泥岩吸水的时效性变形特征与其岩性及结构特征有关;(3)红层泥岩在低应力状态下即表现出典型的三阶段蠕变变形特征,且轴向应力越小,蠕变应变比越大;(4)水-力耦合作用下红层泥岩蠕变特性更为显著,大量级卸荷情况下上拱蠕变显著增大,蠕变稳定持续时间增长;水汽-力耦合作用下仍会出现显著的蠕变变形,蠕变稳定持续时间更长,总蠕变应变相对减小;(5)根据不同层位岩体的变形机制,将红层软岩地基划分为大气影响层(C1)、水汽-力耦合变形层(C2)、水-力耦合变形层(C3)和水-力耦合封闭层(C4)。路基短期变形主要由C1层岩体引起、中期变形由C3和C4层岩体引起、长期变形由C2层岩体引起。研究成果可为红层软岩地区高速铁路路基时效性上拱变形风险评估、预测及工程控制措施的设计提供理论支撑或参考。     

高速公路路基加筋红层泥岩填料三轴试验研究

采用三轴试验主要从施工压实度方面对红层泥岩填料的物理力学特性进行研究.试验表明,压实度的提高虽然可以提高素土体的强度,但同时也降低其延性,加入土工化合物后可增加土颗粒的侧向约束、提高其围压达到改善土体路用性能的目的,同时加筋后不仅大幅提高了红层泥岩填料的峰值强度与残余强度,而且增大了峰值应变的区间并改变了土体的应力·应变模式.结合现行施工规范分别给出红层泥岩素填料及加筋填料合理的施工压实度,为确定高速公路施工压实度提供了可靠的数据支持.     

红层软岩土高填方边坡变形特征分析

红层地层在我国分布广泛,红层软岩土是一种特殊岩土,其颗粒易破碎,强度低,遇水后易崩解与软化,其工程性质很难满足站场路堤填料要求。该文结合站场填方工程实例,针对采用红层软岩土这一特殊填料的高填方边坡,通过数值模拟对不同压实度下其填方区竖向位移、边坡水平位移以及应力状态进行分析,以确定合适的填筑压实度;同时,对填筑边坡的稳定性进行分析,提出了填筑边坡可能存在的最不利滑面位置。     

东营凹陷东段始新统红层储层多重成岩环境及演化模式

为了探讨成岩环境对红层储层成岩演化的控制作用,利用埋藏史恢复、薄片鉴定、扫描电镜观察、岩心常规分析等多种技术手段,运用“正演与反演”、“定性与定量”相结合的研究方法,分析了渤海湾盆地东营凹陷东段始新统红层储层成岩环境,表征了成岩作用强度,建立了多重成岩环境控制下的红层储层成岩改造模式。结果表明,根据成岩环境控制因素、影响范围和性质类型的差异性,将东营凹陷东段始新统红层储层成岩环境划分为原始碱性和埋藏酸性两个阶段,分别对应准同生期-早成岩A期、早成岩B期-中成岩A期。受控于成岩环境的差异性,不同成岩阶段成岩产物及强度差异性明显,在定量表征成岩强度的基础上,最终建立了红层储层碱性-弱酸性-中强酸性成岩环境控制的早期强胶结、弱溶蚀-中晚期中等溶蚀、弱压实的储层成岩改造模式,该模式控制下红层储层具有“早期原生孔隙快速下降、次生孔隙缓慢增长,中晚期次生孔隙迅速增大,原生孔隙缓慢下降”的孔隙演化模式。     

川中红层泥岩颗粒破碎分形特性

红层泥岩填料中泥岩碎块石的含量直接影响压实后填筑体的流变、渗透、强度以及地基变形特性。通过配置不同含水率、不同粗细比的泥岩试样,开展红层泥岩击实后粒径的分布情况及其破碎率和分形维数的研究,探讨分形理论在该种岩土体中的规律和特性。结果表明,泥岩颗粒破碎后的粒径分布具有典型分形特征,分形维数区间分布在2.418~2.529。随着含水率的增加,红层泥岩的破碎率和分形维数均增加。当P₅初始含量较大时,含水率对分形维数的增长影响较大,但初始粗颗粒的增多减缓了分形维数伴随含水率增加而上升的幅度。破碎率和分形维数均是随着含水率的增加而增大,且与P₅初始含量成反比关系,两者具有一定的相关性,满足高斯公式的正态分布关系。     

分级加载条件下红层软岩蠕变特性试验研究

 岩石的蠕变特性是岩石类材料的重要力学性质之一,很大程度上控制着岩体工程的稳定性。本文采用CSS–44100型电子伺服万能试验机在分级加载条件下对甘肃引洮输水工程7#试验平硐红层软岩进行了一系列单轴压缩蠕变试验。通过对试验数据的整理与分析,发现红层软岩存在显著的蠕变特性,符合伯格斯模型(Burgers model),并求取了不同应力水平下的蠕变参数。通过测定试样含水率,研究含水率对红层软岩强度和蠕变特性的影响。发现含水率越高,抗压强度越低,蠕变量越大,蠕变率也越大,达到稳定的时间也越长。试验结果表明,红层软岩蠕变试验曲线与理论曲线基本吻合,伯格斯模型(Burgers model)能较好的描述红层软岩的蠕变特性。