含软弱夹层岩体的剪切变形及破坏机理研究

软弱夹层作为一种力学性质比较特殊的结构面,会显著影响岩体的稳定性.采用数值模拟方法研究了不同粗糙度和不同法向应力对含软弱夹层岩体试样的强度和变形的影响,并从微观角度分析了试样的起裂特征、裂纹扩展途径.结果表明：(1)试样的峰值强度和残余强度均随着结构面粗糙度和法向应力的增加而增加.(2)当试样发生剪切破坏时,产生的裂纹以张裂纹为主,且裂纹起裂位置主要集中在软弱夹层和结构面相交处.(3)粗糙度越大,试样的破坏程度就越大;法向应力越大,对试样的破坏作用就越明显.     

壁面强度及粗糙度对含软弱夹层岩体影响研究

软弱夹层作为一种特殊的结构面是影响岩体稳定性的重要因素之一.软弱岩层与围岩接触壁面的物理力学性质很大程度上影响着整个岩体的强度特征和破坏特征.为研究其中规律自行设计并制作了不同粗糙度和强度壁面的试样,通过室内直剪试验结果分析了壁面强度和壁面粗糙度对岩体强度特征和破坏特征的影响.发现岩体峰值抗剪强度与壁面强度和粗糙度成正相关关系,法向应力较小时,随着壁面强度增加,试样主破坏裂纹与水平面夹角越来越小,随着壁面粗糙度增加,岩体从无裂纹变成夹层上部岩体出现裂纹,法向应力较大时,随着壁面强度增加,试样主破坏裂纹与水平面夹角越来越大,随着壁面粗糙度增大,主裂纹与水平面夹角逐渐减小,并且裂纹数有所增加.     

炭质泥岩软弱夹层岩质边坡稳定性影响因素分析

为探究软弱夹层对岩质边坡稳定性的影响规律,采用自编的强度折减程序对多种工况下单因素变化的边坡稳定性进行了数值计算,并通过极差分析法设置正交试验对边坡稳定性多因素敏感性展开了分析。结果表明:软弱夹层空间位置分布和抗剪强度指标对边坡稳定性影响程度依次为软弱夹层的倾角、内摩擦角、黏聚力、厚度;当软弱夹层的倾角在25°~60°范围内变化时,边坡的安全系数变化曲线大致呈开口向上的抛物线,抛物线顶点位于软弱夹层45°倾角处,此时边坡的稳定性最差,在实际工程中应特别注意此类软弱夹层边坡的失稳问题。     

软弱夹层强度参数的室内模拟

软弱夹层影响边坡稳定和爆破效果。特定软弱夹层的含水率和颗粒组成随着气候变化和时间推移会有所变化。通过对张坝沟石灰石矿山软弱夹层土样的室内模拟剪切试验,探讨泥质软弱夹层的内摩擦角与其颗粒组分和含水率之间的定量关系,建立了该软弱夹层的内摩擦角与其含水率和粗颗粒含量的相关方程。在此基础上进一步分析了不同粉砂粒含量的土在相同含水率时的摩擦角变化规律及其原因。     

含水率及夹层厚度对软弱夹层强度影响分析

软弱夹层对斜坡及围岩稳定性影响较大,对其剪切力学特性的研究具有实际工程意义。巴东组第三段(T₂b³)特殊岩体特性使风化后的软弱夹层和地下水中含有较多CaCO₃,使软弱夹层力学性质发生改变。基于此,以三峡库区巴东组第三段泥灰岩和层间软弱夹层为研究对象,对土-岩剪切试样进行室内直剪试验及微计算机断层扫描试验、电镜扫描试验,从宏微观角度重点研究含水率、夹层厚度及CaCO₃含量对软弱夹层抗剪强度的影响规律及动态特性。研究表明:CaCO₃通过降低土体孔隙率和改变土颗粒形态提升内摩擦角,通过增强土体胶结能力提升内聚力,从而增大其抗剪强度。低CaCO₃含量下,试样抗剪强度随含水率的增大而减小;高CaCO₃含量下,18%含水率以下时,抗剪强度随含水率的增大而增大,而到22%时抗剪强度突降。低法向应力下,试样抗剪强度受夹层厚度影响较小且随CaCO₃含量的增大而增大;高法向应力下,从高夹层厚度低CaCO₃含量到...     

蝴蝶突变理论在含软弱夹层边坡稳定性评价中的应用

影响含软弱夹层边坡的稳定性的因子有很多,建立了软弱夹层的倾角、黏聚力、内摩擦角及厚度4个因子综合影响下的蝴蝶突变模型,并运用综合指标判断边坡的稳定性的状态。对16个试验边坡设置正交试验对边坡的稳定性状态进行分析研究。结果验证蝴蝶突变模型分析方法比传统方法更加简单,避免了多因素分析的复杂性。采用综合指标较直观地判断边坡的稳定性,从而补偿了传统最小安全系数法分析稳定性的模糊不确定。蝴蝶突变模型可为类似工程提供相应参考。     

采用强度折减法确定含软弱夹层岩质边坡安全系数

 应用FLAC3D数值模拟软件,采用强度折减法,求解常德—张家界高速公路某段含软弱夹层的岩质边坡安全系数,讨论了求解效率及失稳判据等。实际运用表明,结合两种失稳判据控制程序运算,即利用收敛性判据作为边坡失稳的判据,实现运算循环的自动化,参照塑性区贯通准则来衡量每次运算循环的步数,可使计算模拟更符合工程实际。结合“二分法”的强度折减法与极限平衡法相比,计算结果误差较小,偏于保守。此外,强度折减法与“二分法”的结合运用可明显提高计算速率,夹层1、2的安全系数求解时间分别为2046和5929s。相比FLAC3D内置强度折减法的计算时间,前者效率提高近6倍,且所求解的边坡安全系数可信度高。     

软弱夹层的地震动强度效应研究

地下隐伏的软弱夹层对工程场址地震动强度的影响是一个非常复杂的问题,这个问题的研究对高地震烈度区大型工程建设的可行性评价和抗震设计具有重要的现实意义.从概化的模型出发,对这一问题作了计算机模拟研究.所考虑的软弱层埋深在10～400 m之间,厚度在0～10 m之间.结果发现,隐伏软弱夹层就像地表低速层一样也会产生地震动的放大作用.隐伏的软弱夹层就像地表低速软弱层一样也会对特定频率的波产生放大作用.在总体揭示软弱夹层对地震动影响的基础上,重点探讨了这种放大作用的出现规律.     

考虑侧向挤出效应的软弱夹层极限荷载研究

软弱夹层构造在沿海地区工程建设中经常遇到,因其力学性能较低,易给工程的后续稳定性带来危害。目前针对软弱夹层的承载稳定性分析方法还较少,部分被相关行业所采用的计算理论也存在一些有待完善的地方。针对软弱夹层的破坏模式进行研究,采用极限分析上限法对软弱夹层的极限压力进行求解,提出的计算模式考虑了软弱夹层的宽厚比、层面摩擦条件、侧向偏移及附加力等因素的影响,结果可为合理分析软弱夹层的承载稳定性提供理论依据。     

弱风化泥岩崩解特性试验研究

三峡库区广泛分布的泥岩遇水易软化、崩解,致使许多库岸工程在水文涨落下出现病害。为了分析泥岩崩解特性及崩解机理,通过室内崩解试验,结合细观裂隙扩展规律及矿物成分的涉水特性,对泥岩崩解现象进行详细描述,阐释了泥岩崩解的机理。认为泥岩的崩解是裂隙扩展的过程,是与泥岩的沉积形成相反的过程;崩解可分为三个阶段:毛细裂隙吸水阶段、裂隙贯通阶段、二次崩解阶段;崩解物的颗粒粒径分布与泥岩颗粒中的矿物成分关系密切。     

土与强风化岩双元边坡圆弧-平面破坏模式与支护设计方法

为了探究土与强风化岩边坡中强风化岩不破坏的临界坡率及稳定性判断方法,基于济南地层,得出适用于数值模拟的土层参数,并利用强度折减法求出边坡的临界坡率,为施工提供参考。针对强风化岩不破坏的边坡,运用改进的瑞典条分法求出边坡安全系数解析解,并利用滑移线场法求出滑移线,为安全系数解析解的应用提供依据。结果表明,岩层厚度超过边坡高度1/2或坡率大于1:0.5时,强风化岩一定破坏;解析解得出的安全系数偏小,有利于工程安全;针对土与强风化岩边坡,文中结果可确定边坡破坏区域,设计支护方案。     

泥岩全破坏过程中渗透特性试验研究

为了研究某矿区泥岩的渗透特性,提高底板抵抗承压水能力,对指导进一步开展泥岩的阻水抗渗特性机理提供科学依据。采用理论分析与室内试验相结合的方法,通过对全应力-应变作用下泥岩试样的渗透率、应力、应变与关键点指标测试,揭示泥岩岩样泥岩试样的渗透特性以及应变对渗透率的影响规律。研究表明:干燥状态下泥岩试样强度较高,是良好的隔水层,但遇水软化后其抗压强度大幅度降低;泥岩渗透率-应变曲线由低水平渗透段、裂隙导通渗透段和破坏后渗透段三段组成,泥岩的渗透率与应力状态关系密切,其渗透率的峰值往往滞后于应力应变峰值点,这由岩样介质本身的特性所决定;泥岩渗透率-应变曲线峰值前变化规律反映了岩石的破碎程度,而峰值点后的渗透率水平反映了岩石残余应力下的渗透特性。总体上来看,为防止承压水突破泥岩隔水岩层,应加强底板泥岩采动破坏深度及承压水导升高度的现场监测,这为底板采动岩体断裂失稳和突水等灾害预测预报提供参考依据。     

泥岩地基及嵌岩灌注桩的承载特性试验

红土崖组(KwH)泥岩是一种分布于青岛地区的白垩系王氏群泥岩,是一种非典型的黏土岩,其透水性弱,具有一定的膨胀特性。为研究泥岩的物理力学性质、变形特性及嵌入泥岩中灌注桩的承载特性,以红土崖组(KwH)泥岩为试验对象,在青岛某地区开展了泥岩常规物理力学试验、泥岩地基及泥岩地基中嵌岩灌注桩的静载荷试验。试验结果表明,红土崖组(KwH)泥岩含砂,吸水膨胀率较小,是一种非膨胀性岩;全风化及强风化泥岩地基的P-s曲线基本呈缓变型;而中风化泥岩地基在破坏时发生了压裂及隆起,P-s曲线呈陡降型,而且变异性较大。该场地泥岩地基中灌注桩分别加载至10800 kN、12960 kN,试桩均未发生破坏,嵌岩灌注桩的桩侧摩阻力和桩端阻力均未充分发挥;中风化泥岩的承载力较高,可作为桩基理想的持力层;泥岩具有初始损伤特性,且随着应力水平的提高其损伤逐渐加剧。研究成果对青岛地区泥岩地基中的工程建设具有参考价值。     

风化泥岩路基填料水稳定性室内试验研究

针对广西已建高速公路部分路段由于使用风化泥岩开挖料作为路基填料而出现的路面开裂等路基病害,对风化泥岩的基本物理性质和水稳定性进行了室内试验研究。在有压及无压条件下探讨其在干湿循环过程中的变形及强度变化规律。试验结果表明:风化泥岩水稳定性较差,在有压条件下,上覆荷载对试样的变形具有一定的抑制作用,试样的CBR值及不排水抗剪强度较无压状态下有显著的提高,但经过一定的干湿循环次数后,其CBR值不能满足规范要求。综合试验结果可得风化泥岩是一种不良的路基填料,不能直接用于路基填筑,试验成果可为实际工程中风化泥岩等软岩作为路基填料的相关研究提供参考。     

砂泥岩颗粒料压缩-回弹特性试验研究

为研究砂泥岩颗粒料中泥岩颗粒粒径对其压缩及回弹特性的影响,通过向砂岩颗粒中掺入相同颗粒级配曲线泥岩颗粒方法及同粒径组按比例替换方式配制了2类8种砂泥岩混合料,选用侧限压缩固结试验得到了8种混合料e-P曲线及ε-P曲线;并计算出其压缩指标和回弹指标。试验结果表明,按不同比例掺入同一级配曲线泥岩颗粒的砂泥岩混合料,回弹指标与压缩指标随泥岩颗粒百分比增加而呈相反的变化趋势。在同一粒径组中泥岩颗粒含量为20%的砂泥岩颗粒混合料中,其回弹指标与压缩指标随泥岩颗粒替换粒径的增大而呈相反的变化趋势;而泥岩粒径在0.5~1.0 mm时混合料轴向应变比其他粒径范围内小,压缩模量随掺入泥岩颗粒的中值粒径增大而减小,回弹模量则与之相反。在控制填料压缩指标及回弹指标条件下,岸坡填筑区填料可按有效粒径值部分掺入挖方泥岩颗粒。     

全强风化砂页岩地层压密加固效果试验

全强风化砂页岩地层注浆加固工程中常常伴随着地层压密现象,压密加固后地层的物理力学性能得到显著提升。为了研究全强风化砂页岩地层的注浆压密效果,以压缩模量、粘聚力、内摩擦角、渗透系数作为表征地层物理力学性能的主要指标,通过开展室内试验,获得了不同注浆压力与含水率条件下地层力学性能的提升规律,建立了可定量化描述不同含水率条件下注浆压力与地层物理力学参数的关系模型。研究结果表明：通过提高注浆压力可显著提高全强风化砂页岩地层压缩模量,高注浆压力作用下,地层压缩模量最大增长近10倍。当注浆压力处于较低水平时,加固后地层粘聚力的提升受含水率和注浆压力影响明显。当注浆压力处于较高水平时,加固后不同含水率情况下地层土体粘聚力基本趋于一致,地层粘聚力的提升不再受含水率的影响。地层内摩擦角在注浆压密后的提升程度始终受自身含水率的影响。注浆压力的提升可进一步提高地层的抗渗能力。采用建立的注浆压力-地层物理力学参数关系模型对某工程实例进行计算分析,给出了满足地层加固要求的注浆压力设计值,注浆治理后开挖揭露浆脉清晰、地层稳定,所提出的模型可为全强风化砂页岩地层注浆治理参数设计提供参考。     

富水全、强风化砂岩强度特性试验及本构关系探讨

针对富水全、强风化砂岩的特点,进行了该砂岩的基本物理力学性质、化学成分实验,然后通过单轴、三轴压缩实验研究了爆破扰动、含水量、试样层理对砂岩应力-应变强度特性的影响。发现砂岩遇水软化,粘聚力大幅度降低,表现出显著的各向异性;爆破扰动后,岩石试样的单轴抗压强度减低,弹模减小,泊松比增大;由于砂岩具有明显的节理性,按两种方向加载所得到的岩石试样强度明显不同;根据实验所得应力-应变曲线特点,发现用修正的Duncan-Zhang模型可以很好地描述砂岩的前应力-应变曲线。     

泥岩地基中钻孔灌注桩承载力特性试验研究

依据某工程3根钻孔灌注桩的单桩竖向抗压静载试验,通过对其静载试验Q～s曲线的特性、桩身轴力传递机理、桩侧阻力发挥性状和桩端阻力发挥性状的分析,探讨了钻成孔方法、泥浆循环等施工因素对钻孔灌注桩工程性状的影响,揭示了泥岩地基中钻孔灌注桩的承载力特性和破坏机理模式.