矿物成分强度对岩石单轴抗压强度的影响

利用FLAC3D数值模拟软件,构建了岩石单轴抗压强度试验数值模型。分析研究了矿物弹性模量E、泊松比ν、黏聚力c、摩擦角φ、剪胀角ψ以及加载速率V等对于岩石单轴抗压强度的影响规律。结果表明:岩石单轴抗压强度与弹性模量之间表现出较为明显的线性关系,即岩体中含有硬度较大矿物成分时,岩体强度呈增加趋势。泊松比增加岩石强度亦出现一定程度的增大,之间呈现指数函数关系。岩石所含矿物黏聚力、摩擦角升高,岩石单轴抗压强度升高。单轴抗压强度与黏聚力、摩擦角之间成多项式关系。岩石单轴抗压强度随剪胀角增加而增加,并成多项式关系。相较于摩擦角而言,摩擦角对于岩石单轴抗压强度的影响更大。UCS与加载速率之间近似呈直线关系。     

软岩膨胀岩软化崩解特性

极高地应力条件下隧道掌子面围岩遇水软化崩解会引起一系列工程问题,通过对三种代表性岩样崩解试验研究,揭示了软岩膨胀岩软化崩解规律。结果表明：软岩膨胀岩的耐崩解指数随循环次数增加依负指数函数递减;软岩膨胀岩矿物组成类型和含量是影响其崩解性强弱的主要因素;基质型和填充型岩样崩解主要由亲水性矿物吸水膨胀引起,5次循环后其崩解指数分别趋于5%和25%;接触型岩样崩解主要由胶结键断裂引起,5次循环后其崩解指数为80%左右,崩解性微弱;可将小于0.25 mm和大于5 mm的粒径组含量变化作为该软岩膨胀岩崩解性强、弱界限粒径。     

含水条件变化对云南红土性状的影响

考虑含水率、浸泡等不同含水条件,研究含水条件变化对云南红土性状的影响。结果表明:含水率增大,云南红土呈现出抗剪能力、抗压能力降低的损伤特征;其黏聚力在最优含水率附近存在最大值;偏干状态下,黏聚力随着含水率的增大而增大,偏湿状态下,黏聚力随着含水率的增大而减小;随着含水率的增大,其内摩擦角和抗剪强度逐渐减小,压缩变形逐渐增大。浸泡条件下,云南红土呈现出颗粒减小、相对质量降低、可塑性减弱、胶结能力降低、承载能力降低的损伤特征;随浸泡时间的延长,抗剪强度减小。分析其实质在于含水条件变化损伤了红土颗粒及其颗粒间的连接,其含水条件影响机理可以从吸附作用、软化溶解作用和润滑作用几个方面来解释,这几个方面综合作用的结果造成云南红土的性状发生变化。     

F1离子固化剂加固泥岩物理力学特性试验

泥岩具有吸水膨胀软化、失水收缩干裂和易崩解等不良工程特性,经常诱发路基上拱、边坡坍塌、渠坝和建筑物开裂等工程病害。为消除泥岩的不良特性,采用F1离子固化剂对泥岩进行改良试验研究,对不同F1掺量的固化泥岩试样开展无荷膨胀试验、三轴不固结不排水试验、冻融循环试验、核磁共振试验和XRD衍射试验,对F1加固泥岩的物理力学特性、微观孔隙结构和矿物成分展开研究。结果表明：F1固化剂通过离子交换作用和磺化油疏水作用,显著改善了泥岩土的水敏性和压实特性,降低了渗透性和膨胀性;在泥岩中加入0.5 L/m3（最佳掺量）的F1固化剂后,其破坏应力提升1.97倍,摩擦角和黏聚力分别增大1.29倍和1.64倍,且冻融循环次数对F1固化泥岩土样黏聚力和摩擦角的影响较小;分析核磁共振试验与XRD衍射试验结果可知,F1固化剂作用前后,泥岩中并无新物质生成。掺入F1固化剂后,泥岩土样中的大、中、小孔隙数量减小,孔隙总体积降低,土体密实度提升。     

红层水岩作用特征及库岸失稳过程分析

为了研究三峡库区红层岩十体水岩作用特征,分析库岸失稳的过程,通过统计获得三峡库区红层滑坡的分布规律,并通过X射线衍射对矿物进行分析,结合崩解试验观察和滑带土微观结构扫描,分析红层岩石遇水崩解、软化(泥化)和膨胀的水岩作用特性.以三峡库区典型库岸为例,分析红层水岩作用引起库岸失稳的过程.研究结果表明:富含亲水膨胀性矿物是红层岩土体具有特殊水岩作用特征的关键,红层岩石崩解首先沿缺陷发生,在干湿循环过程中不仅存在失水收缩的拉破坏,还存在吸水膨胀微裂隙尖端压应力集中引起的压剪破坏;红层滑带土在遇水膨胀前、后其矿物自身无明显变化,但矿物间连接结构被破坏,孔隙数量和孔径均有所增加,致使滑带土强度极低:巴东城区北侧库岸太矶头--旧县坪段巴东组第2段(T2b2)崩滑堆积体是互层状红层岩体差异崩解所致;红层膨胀性滑带土的抗剪强度极低,以及后缘水压力的推动作用使万州区近水平地层古滑坡群形成,古滑坡前缘堆积体具有多期活动的特点.     

粉煤灰改良膨胀土不良工程特性试验研究

以南京市秦淮东河的膨胀土为研究对象,采用工业废料粉煤灰作为改良剂,通过自由膨胀率试验、界限含水率试验、干湿循环试验、快剪试验以及渗透试验来研究粉煤灰改量膨胀土不良工程特性的试验效果.试验结果表明,粉煤灰改良膨胀土降低了胀缩性,自由膨胀率随粉煤灰掺量的增加而减小;改良土较素土液限降低,塑限升高,塑性指数呈减小趋势;掺入粉煤灰可以提高膨胀土抗剪强度,而且黏聚力和摩擦角均随粉煤灰掺量的增加而增大;粉煤灰的掺入提高了膨胀土水稳性,能够抑制膨胀土干湿循环过程中的裂隙发展和强度衰减,并改善了膨胀土的低渗透性.     

红砂岩边坡稳定性能分析

红砂岩具有极强的风化崩解与遇水软化的性质。在一定应力状态下浸水后,在水膜的润滑作用下,颗粒发生相互滑移、破碎和重组,使得岩体软化;当水沿着孔隙、裂隙进入红砂岩内部时,吸附水膜增厚,一些胶结物便会软化甚至溶解,从而引起岩石颗粒的崩解解体,产生岩土体变形失稳,使得控制地表沉降及边坡稳定性防治困难。因此,研究红砂岩软化和崩解性对工程建设尤为重要。     

冻融作用下氯盐渍土变形与强度特性试验研究

在"一带一路"倡议背景下,盐渍土的冻胀和融沉问题对南疆地区的交通建设及其长期稳定运行产生了不利影响,以喀什-阿图什铁路段盐渍土为研究对象,研究不同含盐量盐渍土在冻融循环作用下的压缩变形和直剪强度特性的变化规律。试验结果表明:相同的含盐量条件下,随着冻融循环次数的增加,试样压缩系数逐渐增大,压缩模量逐渐减小,黏聚力和内摩擦角整体上呈减小趋势;相同冻融次数条件下,随着含盐量的增加,试样压缩系数逐渐增大,压缩模量逐渐减小,黏聚力整体上呈先增后减趋势,摩擦角整体上呈减小趋势;但冻融过程的水分和盐分迁移对直剪试验结果即黏聚力和内摩擦角的演化规律有一定的影响。此研究结果可为南疆地区交通建设提供指导。     

基于PFC3D的膨胀岩湿胀变形研究

为研究不同过程含水率下膨胀岩的湿胀变形特性,以侧限无荷载膨胀试验和双电层理论为依据,通过PFC^3D软件建立计算模型,对万州地区的膨胀岩地基进行研究.结果表明：数值模拟与室内试验结果吻合较好,整个湿胀变形过程按时程特征可划分为变加速“蠕变”、匀变速上升和变减速“蠕变”3个阶段;增大膨胀岩内部的含水率后,首先会引起其内部黏土矿物颗粒的膨胀,当颗粒膨胀累计到一定阶段时会导致宏观层面上的湿胀变形;湿胀变形与湿胀变形速率的关系本质上反映的是膨胀应变与膨胀应力之间的“应力-应变”本构;膨胀岩湿胀变形速率与细胞吸水膨胀速率相似,即随内部含水率的增大而呈现“Λ”字形的变化趋势;K₀应力状态下的侧限膨胀试验不能充分释放膨胀岩的膨胀潜势,因此后期需要三轴应力状态下的膨胀试验来进行进一步研究.     

含水率和冻融循环对筋土界面剪切特性的影响

制作了一套可实现温度控制的筋土界面直剪试验设备。为了研究含水率、界面温度、冻融循环次数对筋土界面剪切特性的影响,开展11组土工格栅-砂土界面直剪试验。研究结果表明,筋土界面的黏聚力和摩擦角均随含水率的增加而减小,当含水率提高时,筋土间的抗剪强度减弱。加筋可显著提高冻土的抗剪强度,当界面温度为-10℃时,土工格栅-砂土界面剪应力峰值较冻结后砂土的剪应力增加了约20%。筋土界面剪应力随着界面温度的降低而增大,当界面温度在0℃以下时,剪应力较大且剪应力-剪切位移曲线会出现峰值强度和残余强度,而在无冻结情况下,筋土界面剪应力稳定值基本相同。冻融循环后筋土界面的抗剪强度减小,筋土界面的黏聚力和摩擦角均随着冻融循环次数的增加而减小,但在4次冻融循环后趋于稳定。研究成果可为冻土地区土工格栅加筋土结构的设计和应用提供理论依据。     

膨胀性泥岩抗剪强度与含水率相关性机理

为探讨膨胀性红层泥岩在不同含水率状态下抗剪强度的变化规律,分别对不同含水率的重塑样、黏土单矿物样、配土样进行直剪试验.依据抗剪强度参数值的变化规律及微结构特征对其相关性进行分析,得出以下结论:①重塑泥岩黏聚力随含水率的增加,呈先增大后减小的趋势;内摩擦角随含水率的增加呈非线性递减的趋势.②蒙脱石随含水率增加,抗剪强度呈先增大后减小的趋势,含水率在22％附近出现抗剪强度峰值;伊利石和绿泥石在含水率分别为18％和19％时,黏聚力出现峰值,而两类黏土矿物的内摩擦角受水的影响相对较小.③蒙脱石含量在30.42％时,基本体现该类矿物的抗剪特征;绿泥石含量达到18.3％时,对试样内摩擦角的主控作用相对较强.④孔隙数量越多,膨胀性相对减弱;结构越密实,胶结度越好,其黏聚力值相对增大.     

重塑红棕色玄武岩残积土抗剪强度特性试验研究

红棕色玄武岩残积土属于强风化土,为了解其抗剪强度变化规律,对不同干密度、不同含水率的土样进行不固结不排水剪与固结不排水剪试验。试验结果表明:当含水率一定时,随着干密度的增加,土的抗剪强度增加;干密度一定时,随着含水率的增加,土的抗剪强度、黏聚力与内摩擦角均减小;经过固结后,土样的含水率较低时,主要通过提高黏聚力来提高抗剪强度;含水率较高时,则主要通过提高内摩擦角来提高抗剪强度。各条件下的试验所得抗剪强度指标可为工程设计提供参考。     

考虑应力修正的麦秆土直剪试验抗剪强度指标研究

为了分析麦秆含量对土壤抗剪强度指标的影响,获取更可靠的抗剪强度指标,推广能源节约型农业耕作生产,用TMS-PRO计算机控制质构仪做麦秆剪切试验。用应变控制式直剪试验研究原状与重塑麦秆土抗剪强度指标,分析麦秆含量对土壤抗剪强度指标的影响。应用应力修正法对直剪试验的正应力与剪应力进行修正,研究修正前、后麦秆土抗剪强度指标的变化量及随麦秆含量的变化规律,并对原状与重塑麦秆土修正前、后的黏聚力、内摩擦角拟合线分别进行叠加。试验结果表明:麦秆抗剪强度随含水量的增加而增大,麦秆土抗剪强度指标随麦秆含量的增加而增大,黏聚力符合线性拟合的规律、内摩擦角符合二次函数拟合的规律。考虑应力修正后原状与重塑麦秆土黏聚力较修正前提高了24%、内摩擦角较修正前提高了18%;未经修正的原状与重塑麦秆土在麦秆含量为0.58%时具有相同的黏聚力,在麦秆含量为0.37%时具有相同的内摩擦角;考虑应力修正后的原状与重塑麦秆土在麦秆含量为0.65%时具有相同的黏聚力,在麦秆含量为0.40%时具有相同的内摩擦角;在交汇点之后麦秆土抗剪强度指标增速表现为原状大于重塑。     

考虑刚度劣化影响的岩石峰后应变软化模型

为反映刚度劣化对峰后力学行为的影响,提出描述刚度劣化程度的新参数,即刚度劣化指数.将峰后黏聚力和峰后内摩擦角假设成塑性剪切应变的函数,基于广义莫尔库仑准则,建立岩石峰后应变软化模型.利用北山花岗岩试验数据对模型进行验证.结果表明:模拟结果与试验数据规律吻合度较高,建立的峰后应变软化模型较为合理,为岩石峰后软化过程的模拟提供新的方法.     

炭质泥岩抗剪强度的饱水软化特性及工程应用研究

采用试样浸泡饱和法和室内快剪试验,对炭质泥岩浸泡饱水后的抗剪强度变化规律进行了试验研究。结果表明,炭质泥岩的抗剪强度随饱水浸泡时间的增加而显著降低,内聚力和内摩擦角均表现出较明显的负指数变化规律。以贵州某高填方边坡为例,阐述了炭质泥岩抗剪强度的饱水软化特性对工程的危害。     

不同黏土矿物对岩石相似材料性质的影响

本文从研制适用于开展水岩作用相关物理模型试验相似材料的角度出发,以石英砂、重晶石粉为骨料,水泥、石膏为胶结材料,分别添加膨润土、伊利石粉、高岭土作为水敏性调节剂来制作岩石相似材料,开展了单轴压缩、直剪以及水理性试验,获得了不同配比相似材料的物理力学参数和水理性质指标,并采用单因素控制法深入分析了不同粘土矿物类型与不同掺入量对相似材料试样物理力学性质与水理性质的影响。结果表明：1)添加粘土矿物的相似材料,其物理力学参数分布范围广,能满足岩石相似材料的需求;2)粘土矿物的添加显著改变了试样的物理力学性质,随着其掺入量的增加,试样密度、抗压强度、弹性模量以及粘聚力整体呈下降趋势,内摩擦角呈增大趋势,其中膨润土的影响程度强于伊利石粉和高岭土;3)含有膨润土的相似材料相对于其他粘土矿物吸水率更大,更易于发生崩解,更适合作为研究水岩相互作用的物理模型试验相似材料的水敏性添加剂。该研究成果可为研制适用于开展水岩相互作用的物理模型试验相似材料提供参考。     

不同粒径风化砂改良膨胀土的特性试验

土的粒径对土的压实性、强度以及胀缩特性有一定的影响。为研究不同粒径的风化砂对膨胀土特性的影响及其影响规律,本文结合宜昌市风化砂改良膨胀土特性试验研究,对粒径(d)为0.5mm、0.5mm≤d1mm及1mm≤d2mm的风化砂改良膨胀土进行了无荷膨胀率、收缩、直剪和击实试验,得到不同粒径、不同掺砂比例改良膨胀土的击实、强度和胀缩指标。试验结果表明,掺入风化砂能够有效抑制膨胀土的胀缩特性,改善压实特性,提高膨胀土的强度;掺砂之后,膨胀土的最佳含水率、无荷膨胀率、线缩率、体缩率及收缩系数均降低,最大干密度、内摩擦角、缩限均增大。同一掺砂比例下,随着粒径的增大,膨胀土的无荷膨胀率、线缩率和体缩率均减小;内摩擦角、黏聚力、最大干密度及缩限均增大。同一粒径下,随着掺砂比例的增大,膨胀土的最佳含水率、无荷膨胀率、线缩率和体缩率均降低;缩限和内摩擦角均增大;黏聚力随着掺砂比例的增大先增大后减小。当粒径为1mm≤d2mm和0.5mm≤d1mm时,掺砂20%时黏聚力达到最大值;当粒径为0.5mm时,掺砂10%时黏聚力达到最大值。最大干密度的变化趋势随着风化砂粒径的改变而改变,当粒径为1mm≤d2mm时,最大干密度随着掺砂比例的增加而增大;当粒径为0.5mm≤d1mm时,最大干密度随着掺砂比例的增大先增大后逐渐减小,掺砂30%时,最大干密度达到最大值;当粒径为0.5mm时,最大干密度随着掺砂比例的增大先增大后减小,掺砂20%时,最大干密度达到最大值。     

千枚岩饱水状态下软化效应试验分析

陕西省汉中地区发育大量软变质岩,在雨水浸润的条件下极易软化造成边坡失稳破坏.以略阳县菜籽坝楔形块体的千枚岩为研究对象,设计了在不同浸水条件下的岩石直剪试验,揭示了千枚岩在水岩作用下的破裂形式及劣化效应.研究结果表明:在浸水条件下,岩石力学参数随浸水时间增加而降低,至14 d时变化微弱,逐渐趋于稳定;浸水初期颗粒间相互摩擦导致产生较多岩粉,浸水中后期颗粒在水岩作用下产生磨圆效应,颗粒间滑动使得岩粉明显减少;水岩作用对千枚岩力学特性的影响依次为:黏聚力>峰值应力>内摩擦角;根据扫描电子显微(scanning electron microscope,SEM)观察,得出岩石浸水软化是由微变形逐渐量化至宏观破坏的过程;千枚岩结构面粗糙度受水岩作用影响严重,是诱发陕南地区软变质岩滑坡灾变的重要因素.     

不同含水量顺层坡风化界面剩余下滑力研究及工程防护意义

研究了含水量对顺层坡风化界面剩余下滑力的影响。以贵州高速公路某段顺层坡填方路基为背景,将室内试验与剩余下滑力计算结合进行研究。结果表明:黏聚力在最优含水量附近存在着极大值。黏聚力c随含水量增大先增大后减小。内摩擦角φ在最优含水量附近时也有极大值,呈现同样的规律先增大后降低。随着含水量增加,下滑段先变短后增长,抗滑段先增长后变短。最优含水量时,桩板墙所承受的剩余下滑力最小。分析认为含水量的增大一方面加速了顺层坡泥质成分的软化,加速了层面的破坏。另一方面降低了风化界面的力学参数,抗剪强度降低,剩余下滑力增大。因此,对于该段路基边坡设计而言,应在左幅坡体挖盲沟进行排水,减少流入路基的地下水;同时防治排水沟渗漏水进入路基;路基内部应设置盲沟,降低地下水的长期集聚对风化面的侵蚀软化。