降雨-干燥交替作用下泥质岩耐崩解性试验研究

泥质岩在自然界频繁的降雨-干燥交替作用下发生崩解,从而引发一系列地质灾害。为了进一步研究泥质岩的崩解特性,采用自行设计的试验装置模拟自然界中降雨的实际环境,对江西省赣南地区的泥质岩制成4种不同块度的试样,开展干湿循环作用下的室内崩解试验研究。结果表明:不同粒径百分含量关系曲线呈现出3种变化趋势,随着循环次数的增加,不同粒径百分含量不断减小、先增大后减小以及不断增大;在试样各粒组百分含量关系曲线中,不同循环次数条件下,曲线都存在一个明显的峰值,且基本呈先增加后减小的变化趋势;在峰值前,随着循环次数的增加,曲线的位置逐渐向下移动;而在峰值后,随着循环次数的增加,曲线的位置则逐渐的向上移动。块度较大的泥质岩崩解后各粒组累计百分含量与粒径的关系曲线呈"S"形,而块度较小的泥质岩崩解后则为双曲线形。随着干湿循环次数的不断增加,泥质岩崩解物各粒组累计百分含量关系曲线逐渐向着较小粒径的方向整体发生移动;各曲线之间的空隙不断减小,最后基本重合,反映出泥质岩的崩解速率逐渐减小且最后趋于稳定。推导了基于优化级配方程的相对耐崩解性指数,并验证了模型的正确性。随着试样块度的不断增大,其耐崩解性指数与相对耐崩解性指数均不断减小。     

干湿循环作用下红砂岩堆石料力学性能研究

为研究红砂岩堆石料在干湿循环作用下的力学性能,以干湿循环次数为主要变量,开展常规三轴压缩试验。研究结果表明:不同干湿循环次数下,红砂岩堆石料应力-应变曲线变化规律基本一致,整体呈现出明显的应变软化。应力-应变曲线在初期快速增加,直至出现峰值,而后开始降低,最后趋于稳定;相同干湿循环次数下,试样破坏强度随围压增大而逐渐增长;相同围压,破坏强度随干湿循环次数增加而逐渐降低,破坏强度与干湿循环次数呈现指数关系;当干湿循环次数增加时,试样强度指标黏聚力逐渐减小,从125.9 kPa降低到62.3 kPa,黏聚力降幅约50%,且黏聚力与干湿循环次数之间成负线性关系;与之相似,另一强度指标内摩擦角逐渐减小,但降低幅度较小,减小幅度为15%左右,与干湿循环次数呈现指数关系。     

离散元对加固尾砂在干湿循环作用下的细观力学分析

为探究加固尾砂在干湿循环作用影响下力学性能、力链和尾砂颗粒运动的变化,通过对加固尾砂进行三轴试验和离散元颗粒流(PFC2D)模拟试验,分析其力学性能变化趋势,并且探究尾砂颗粒间受力传力和颗粒运动的演变。试验结果表明:加固尾砂峰值应力随着干湿循环次数增加而逐渐递减,但是其峰值应力相较于原状尾砂至少提升2.13倍;在干湿循环作用下,加固尾砂内部力链逐渐加粗,网状粗力链区域增多,且网状粗力链区域发生位置变化;试样破坏碎片数量随循环次数增加而增加,碎片集中区随着循环进行,从试样下部向上部移动;干湿循环造成尾砂颗粒位移情况发生改变,颗粒不同位移区域增加,并在试样上端产生大量不同位移区域,造成试样上端更容易被破坏。     

干湿循环作用下红黏土湿化特性试验研究

将取自贵州黔东南地区的红黏土制备成不同含水率试样,通过自制的试验设备对红黏土的湿化崩解特性进行定量分析,探讨不同干湿路径及多次干湿循环条件下黏性土湿化崩解的一般规律.试验证明随着干湿循环次数的增加,试样的湿化崩解程度呈递增趋势,其中先经历脱湿处理的试样湿化崩解更为明显.     

干湿循环作用下水泥改良泥质板岩粗粒土动力特性

为研究干湿循环作用对水泥改良泥质板岩粗粒土的动力稳定性影响,以标准养护龄期达28d的水泥改良泥质板岩粗粒土为试样,设计干湿循环条件下的改良土大型动三轴压缩试验.通过试验研究改良土动弹性模量、阻尼比和动应力强度等力学特征参数随干湿循环次数变化的规律,分析围压对干湿循环效应的影响,探讨干湿循环作用的影响机理.研究结果表明:1)随着干湿循环作用次数增加,最大动弹性模量和动强度均有所衰减,但衰减到一定程度后逐渐趋于稳定;2)最大阻尼比随着干湿循环作用次数增加而增加,但增加到一定程度后逐渐趋于稳定;3)干湿循环作用下,围压越大,最大动弹性模量和动强度的衰减幅度越小,最大阻尼比的增加幅度也越小.     

干湿循环作用下陕北Q2黄土强度及水土特性试验研究

为研究不同干湿循环次数下陕北Q2黄土水土特性及其强度的变化规律,利用真空饱和仪制备不同干湿循环次数的土样,采用直剪试验、滤纸法测定其非饱和抗剪强度参数及土水特征参数。研究表明：随着干湿循环次数的增加,陕北Q2黄土的脱湿速率与进气值不断减小,持水能力逐渐增强,且脱湿速率与进气值降低速率逐渐减小,第二次脱湿时最大脱湿速率降幅约30%,进气值约降低1/3;剪应力-剪切位移曲线峰值越发明显,应变软化特性逐渐增强;得到土水特征参数、非饱和抗剪强度参数随干湿循环次数变化的预测拟合公式,且较为精确的预测了第4次干湿循环次数下土样的土水特征参数。     

干湿循环机制下风化砂改良膨胀土的收缩特性

为研究风化砂改良膨胀土的收缩指标在干湿循环作用下的变化规律,采用收缩仪对经历不同干湿循环次数的掺砂改良膨胀土试样进行收缩试验,探究试样的线缩率、体缩率、收缩系数、缩限及胀缩总率在干湿循环作用下的变化特征及机理,建立不同干湿循环次数下掺砂改良膨胀土的缩限计算公式。试验结果表明:线缩率及体缩率随干湿循环次数的增加而逐渐减小,经过4次干湿循环作用后二者基本趋于稳定,且风化砂掺量由0增至20%时,线缩率及体缩率的降低幅度最大;随着干湿循环次数的增加,收缩指数呈指数函数降低,在4~5次干湿循环后,收缩系数基本趋于稳定,缩限随干湿循环次数的增加呈二次函数形式增加,且随着风化砂掺量的增加,干湿循环作用下缩限的增加幅度逐渐减小;胀缩总率随着干湿循环次数的增加先逐渐降低后趋于稳定,在干湿循环作用下通过掺入风化砂,可以有效降低土体的胀缩总率,并使之达到路基填土的标准。     

干湿循环作用下膨胀土变形特性

为探究自然界干湿循环作用下膨胀土的膨胀变形特性及其影响机理,以南宁膨胀土为研究对象,分别测定0～4次干湿循环后试样膨胀量与时间的关系曲线,分析了膨胀曲线不同阶段特征及其影响机理,研究了不同干湿循环次数下的土水特征曲线,分析了基质吸力在膨胀变形中的作用。研究发现不论是否经历干湿循环作用,膨胀量与时间的关系曲线(膨胀曲线)都是非线性的;未经历循环的试样的膨胀速率最低,约在230 min后完才成总膨胀量的90%;经历了1～4次循环后,试样均在约100 min就完成膨胀量的90%,之后缓慢达到稳定值;不同循环次数下,膨胀速率随时间增加而逐渐降低,膨胀曲线大致分为快速膨胀、减缓膨胀和缓慢稳定3个阶段,膨胀曲线可用3段直线进行近似拟合;经历1次循环后,试样总膨胀量增加约20%,之后随着循环次数的增加而逐渐减小;在低含水率下(ω3%),不同循环试样的基质吸力较为接近,随着含水率增大,基质吸力的差异也增大。非饱和土吸水过程中的水封闭、双开敞、气封闭等3个阶段的三相特征差异,是造成膨胀速率变化的主要原因。经历不同干湿循环次数后,试样破碎化程度和基质吸力的差异,是导致膨胀曲线及总膨胀量差别的重要因素。     

干湿循环作用下膨胀土开裂和收缩特性试验研究

膨胀土的变形特性包括裂隙性和胀缩性,其中开裂和收缩特性对于膨胀土边坡变形研究具有重要的作用。取陕西汉中十天高速公路边坡膨胀土进行室内干湿循环试验,研究不同干湿循环次数下脱湿过程中膨胀土的开裂、收缩特性,观察脱湿完全后裂隙的扩展特性,探讨收缩的方向性随干湿循环次数和初始含水率的变化规律。结果表明:前2次干湿循环脱湿过程中,裂隙与收缩开展剧烈;脱湿过程中裂隙面积率先增大后减小,第1次干湿循环的裂隙面积率峰值最小,且出现时间较早;脱湿过程中收缩面积率先增大,后趋于平缓,随着干湿循环次数的增加,收缩面积率逐渐增大直至第三次干湿循环趋于稳定,前2次干湿循环其差值最大;随着干湿循环次数的增加,试样的变形量逐渐增大,收缩比开裂更早趋于稳定;裂隙的宽度和长度近似正态分布,裂隙面积概率随着裂隙面积增加逐渐减小;膨胀土的收缩具有明显的各向异性性质,初始含水率越高,各向异性表现越明显。     

水-热循环花岗岩的物理力学性质试验研究

为了研究水-热循环次数对花岗岩物理、力学性质的影响,将花岗岩进行不同次数的高温-水冷循环处理,并将处理后的花岗岩在刚性试验机上进行单轴压缩力学试验.结果表明:在相同水-热循环次数下,随着温度的增加,花岗岩试样的饱和吸水率分阶段增加,峰值强度与弹性模量持续下降,变形模量下降,峰值应变呈现多阶段变化;在相同的温度作用下,随着水-热循环次数的增加,花岗岩试样的饱和吸水率逐渐增加,峰值强度和弹性模量出现先下降、后小幅上升、最后持续下降的变化现象,变形模量出现多阶段变化,峰值应变小幅度上升后下降;花岗岩单轴压缩破坏的应力-应变曲线分为4个阶段,随着温度的升高,花岗岩延性增加,应力-应变曲线幅度逐渐减小,压密阶段与累进性破裂阶段都增长,峰后曲线从光滑跌落过渡到分段跌落,随着循环次数的增加,呈现出相似变化趋势;温度的升高和循环次数的增加都导致了花岗岩内部缺陷和孔隙的增加,即随着饱和吸水率的增加,峰值强度减小,可见花岗岩的物理力学性质在不同温度、不同循环次数水-热循环后发生了不同程度的劣化.研究结果对分析花岗岩变形破坏机理以及实际工程中评价高温岩石工程的稳定性提供了一定的参考依据.     

不同洒水量下泥岩路基填料崩解特征的差异性研究

对泥岩进行预崩解是将泥岩等软岩作为路基填料的主要处理方法之一。通过对承德平泉地区分布的两种泥岩做不同洒水量下的干湿循环试验并使用X射线衍射仪进行观察分析,重点探讨泥岩崩解速率与泥岩颗粒粒径的关系以及不同洒水量下泥岩崩解的变化规律。结果表明:灰褐色与砖红色泥岩颗粒完全崩解时需要的干湿循环次数与泥岩的初始颗粒级配没有直接关系。两种泥岩作为路基填料时,在单次最佳洒水量下,均进行7次左右干湿循环后崩解处于稳定状态,可以为泥岩预崩解控制指标提供重要的参考,并为将泥岩填料作为路基的实际工程提供有效指导。     

冻融循环作用下泥岩的力学特性及损伤机理研究

为研究冻融循环作用下岩石的损伤特性及发展规律,以泥岩为例,对泥岩在不同次数冻融循环条件下进行了单轴压缩和超声波检测试验,并分析在不同冻融循环条件下泥岩的力学特性。结果表明:随着冻融循环次数的增加,试样的原生裂隙受到反复冻胀荷载的作用引起损伤,试样脆性减小、延性增大,单轴抗压强度、弹性模量以及纵波波速均减小;对各力学参数的劣化规律及损伤机理进行了研究,建立了呈指数型衰减的模型,结果表明单轴抗压强度、弹性模量和纵波波速的劣化随冻融循环次数的增加而增大,但增大速率却逐渐减小,趋于稳定;最后,基于波阻抗为损伤变量,建立泥岩的冻融损伤方程,结果表明泥岩的损伤随着冻融循环次数的增加而增大,但增大速率逐渐降低。     

白鹤滩库区小坝组泥岩崩解特性及边坡破坏机制

降雨与库水位变动引起的干湿循环作用是导致库岸边坡破坏的关键因素之一。为了探究白鹤滩水电站库区蓄水后边坡的长期稳定性,以小坝组红层软岩为例,采用X射线衍射技术、扫描电镜技术及耐崩解仪,研究了干湿循环作用下红层软岩微结构演化机理及其崩解特性,并结合数值模拟方法与不同现场案例,分析了白鹤滩库区边坡的破坏机制。结果表明,干湿循环影响下的黏土矿物溶胀压力是导致岩体结构中孔-裂隙产生的关键因素;小坝组泥岩耐崩解性指数随着崩解循环次数增加具有指数变化规律,且泥岩比砂岩呈现了更强的崩解特性;砂岩与泥岩互层边坡在干湿循环作用下,因泥岩崩解产生了空腔以及贯通的裂隙,导致库区左岸的顺向坡易形成滑移—拉裂式破坏,库区右岸逆向坡易产生塑流—拉裂式破坏。本文从微-细-宏观等角度出发,多尺度地探究了小坝组岩质边坡的破坏机制,为白鹤滩重大水电工程建设的灾害防治工作提供理论指导。     

微生物诱导碳酸钙沉淀胶结加固泥岩试验研究

在水环境作用下,泥岩容易发生软化、崩解等现象,应用微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术处理重塑泥岩试样。研究了试样颗粒粒径、制备方式及MICP处理方式对碳酸钙沉淀物的影响,探讨了MICP方法治理泥岩稳定性的可行性。基于X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、X射线能谱分析（EDS）、直接剪切等试验测试胶结试样,分析了胶结试样微观结构及力学性能的变化。结果表明,选用直径为1mm的30g、0.5mm的45g、0.25mm的20g制备重塑泥岩环刀样,在相同浓度营养盐条件下采用一次浸泡菌液的方式可以在试样中形成方解石型碳酸钙晶体;碳酸钙晶体沉积在颗粒接触处或填充在孔隙中形成“胶结桥”,产生胶结效果而增强试样的力学性能;不同垂直压力下胶结试样强度逐渐增加而趋于稳定值,表现为应变硬化的特征,黏聚力与内摩擦角分别提高288%、8.66%,说明微生物胶结泥岩具有较好的应用价值。     

干湿循环条件下水泥改良红砂岩土的力学特性试验研究

为研究水泥改良红砂岩土受到干湿循环作用各项力学性质的变化规律,将未改良与掺入不同水泥剂量的红砂岩土试件进行干湿循环,并开展室内三轴试验,研究干湿循环后土体应力-应变曲线、破坏面形式、峰值强度、弹性模量的变化规律。研究结果表明:水泥作为改良剂不改变红砂岩土的应力-应变曲线,但在曲线的各个阶段,水泥对红砂岩土的受力特征均有一定改善;水泥使红砂岩土的破坏形式由塑性破坏向脆性破坏转变;掺入不同剂量的水泥,红砂岩土的峰值强度和弹性模量均有明显提高。随着干湿循环次数的增加,经水泥改良的试件弹性模量和峰值强度呈先降低后提高的趋势;采用指数函数关系式对弹性模量和峰值强度进行多元非线性拟合,建立弹性模量和峰值强度关于干湿循环次数、围压与水泥剂量的关系式,拟合效果理想。     

热-液耦合作用下花岗岩单轴力学特性的实验研究

为研究热-液耦合花岗岩单轴力学性能及破坏方式,对花岗岩进行不同温度作用下的热-液耦合循环处理,采用单轴压缩试验分析其力学特征的变化规律。结果表明：(1)峰值强度随温度升高而增加,50-100℃,降低11.51%,100-150℃,降低1.77%;峰值应变与循环温度呈线性拟合关系,随温度升高,峰值应变降低;弹性模量随温度上升而先变大后减小,上升幅度较明显约123.21%。(2)峰值强度随循环次数增加出现不同变化,3次循环前均处于缓慢变化,后面变化明显,3-4次,降低19.87%,4-5次,上升22.70%;峰值应变与循环次数呈多项式拟合关系,3次循环时取得最大值;弹性模量与循环次数呈多项式拟合关系,3次循环时取得最小值。(3)峰值强度在等值线图中,50-100℃,以3次循环呈对称分布;峰值应变随循环温度升高和循环次数变多而降低;弹性模量等值线图中出现双峰模式,随着温度升高,循环次数变多,弹性模量增加。(4)应力-应变曲线大致经历压密、弹性、屈服、破坏4个阶段,发生脆性破坏。破坏分为劈裂、剪切。可见,热-液耦合作用对花岗岩的力学特性是有一定影响的。     

酸碱环境干湿循环下砂岩动态力学性能试验

为了探究砂岩在酸碱环境干湿循环作用下的动态力学特性,分别进行了不同酸碱环境下(pH=3、7、11)和不同干循环次数(n=0、5、10、15)耦合作用下砂岩试件的物理、动态力学试验,并借助红外热成像技术进一步评定了砂岩的损伤表现。研究表明：酸性溶液和干湿循环的耦合作用使试件孔隙的发育得到加速;但15次循环之后,试件孔隙率的增长速度放缓。砂岩的峰值应力与弹性模量在干湿循环10次后,劣化现象最为明显。并随着干湿循环次数的增加,主应力面与破裂面的夹角逐渐增大,试件破坏形式由脆性破坏向塑性破坏转变,红外热成像技术佐证了砂岩在受酸碱循环作用下试件内部发生的损伤,并根据热成像技术可进一步评定砂岩损伤表现。研究结果对隧道掘进、巷道开挖、地铁和水下工程等施工作业提供参考和借鉴。