南京红层软岩流变特性试验研究

通过对南京红层软岩的流变试验，发现红层软岩存在显著的流变性，符合Burger本构模型，并得到4种典型软岩的模型参数。试验得出长期强度约是其单轴抗压强度的63％－70％。     

水-岩相互作用下华南红层软岩力学特性

为研究红层软岩的水-岩相互作用,开展了不同含水率红层软岩的三轴压缩试验,分析了含水率对力学特性、破坏形式、微观结构和损伤机制的影响,构建了含水红层软岩的统计损伤本构模型。研究结果表明：随含水率的升高,红层软岩的峰值应变呈线性递增,峰值强度和弹性模量分别呈线性和指数函数递减;含水率对红层软岩的破坏模式产生明显影响,含水率较低时的破坏形式为剪切破坏,随着含水率的增加,破坏形式向剪切-张拉复合型破坏转变。在水-岩相互作用下,华南红层软岩的孔隙颗粒物相互吸附,形成片状结构;在饱水状态下,片状和鳞状结构进一步增多,整体结构变得更加松散破碎。考虑水-岩作用,引入损伤修正系数对本构模型进行改进,改进后的统计损伤本构模型计算结果与试验结果一致,能较好地描述水岩作用对红层软岩力学性质的影响。     

红层软岩高边坡的时效变形特性

为了研究边坡工程的长期稳定性,有鉴于红层地区的工程建设日益增多,受红层特殊工程地质特性的影响,红层软岩边坡在其整个寿命期内是一个逐渐“衰老”的过程,开挖边坡在运营5～10年以后常出现各种严重地质病害和安全风险,而在前期边坡稳定性评价中往往都采用传统的极限平衡法计算,但其无法根据红层特性预判边坡的长期稳定性和时效变形特征,无法指导工程设计制定出既经济又安全可靠的针对性预加固措施,因此为日后的长期安全运营留下了较大隐患。以西南红层山区某快速通道项目隧道改路基的深挖路堑100m级高边坡工程为例,通过FLAC3D建立了包含特殊节理裂隙单元的复杂数值模型,计算获得了边坡潜在变形范围、潜在滑面位置、深度等,对比分析了边坡刚开挖完成时、未加支护工程蠕变20年和增加支护工程蠕变20年后这三种工况下的长期稳定状态、位移及应力变化等时效变形特性,计算结果表明：红层地区高边坡在长期服役环境下会发生蠕变、应力松弛、软化破坏等复杂变形行为,其普遍存在于实际工程中,后期针对性的支护方案应高度重视红层软岩高边坡的时效变形问题。本文的计算结果成功应用于最终工程设计中,填补了传统计算方法难以分析解决此类问题的空白,以期为今后红层地区这类高达100m量级的软岩高边坡开挖后的时效变形特性研究和加固设计提供一定的参考和借鉴作用。     

浅谈软岩流变性的研究

软岩是工程中经常遇到的岩体,这类岩体抗压强度较低,具有明显的流变特性,蠕变变形量较大,容易引起巷道/隧道的失稳和破坏。通过查阅大量文献资料,根据前人的研究成果,对软岩的流变性研究进行了较为系统的归纳与总结,并且介绍了软岩流变性在实际工程中的应用,最后对软岩流变性的进一步研究进行预测。     

混凝土结构软岩大巷断裂过程非线性数值模拟

引入断裂力学原理,以某混凝土结构副大巷中复杂结构为研究对象,通过相似模拟实验和现场观测等手段对有关材料物理力学参数进行识别和修正,结合现场矿压观测结果和相似材料模拟试验结果,对该巷道内部应力破坏敏感部位的内力变形机理进行了系统的分析、模拟计算。研究结果对现场支护设计、维护加固和提高岩层稳定程度具有重要的意义。     

红层泥岩剪切蠕变特性及非定常本构模型研究

滇中红层泥岩具有显著的流变特性，会给当地工程建设带来安全隐患。选取狮子山隧洞段的红层泥岩进行分级加载蠕变试验，对其蠕变特性开展研究。结果表明，在较低应力状态下，岩样主要表现为衰减蠕变，而在较高应力状态下，岩样将发生从衰减蠕变、等速蠕变直至加速蠕变破坏的全过程蠕变。对岩样各阶段变形数据进行回归分析，建立拟合方程，发现岩样各阶段变形具有显著的非线性变形特性。根据岩样的非线性变形特性提出了1个指数型加速元件，通过与Bingham体中的黏性元件串联形成改进的Bingham体，使其能克服传统Bingham体模拟加速阶段存在的不足，并同时对Hoek体及Kelvin体进行非线性改进，然后通过将非线性Hoek体、Kelvin体与改进Bingham体串联，建立了1个能够描述滇中红层泥岩蠕变特性的非线性、非定常黏弹塑性岩石蠕变模型。通过与不同剪应力下红层泥岩的蠕变试验曲线进行比较，发现理论模型得到的结果与试验数据吻合较好，表明所建模型对于滇中红层泥岩具有较好的适用性。     

红层软岩滑坡运移机制

我国西北部地区白垩系、第三系红层软岩广泛分布，红层软岩岩体强度低、抗风化能力弱、水敏感性强、工程地质性质较差、滑坡灾害严重．本文在研究红层软岩不同破坏条件下岩体强度特征的基础上，系统分析了红层软岩滑坡的蠕动变形与滑动面形成机制，经对典型滑坡实例统计分析，从定性和定量两方面论述了红层软岩滑坡的运移机制．     

红层软岩滑坡稳定性分析

在中国,红层软岩分布广泛,其出露总面积约46×104km2,占国土面积的近5%。但由于红层软岩成岩程度差、岩体强度低、抗风化能力弱、水敏感性强,在各种地质营力的作用下,岩体完整性易被破坏,岩层层面结构强度易被软化形成滑动面,进而形成红层软岩顺层滑坡。论文以明珠花园9号楼东侧滑坡为例,详细研究了滑坡区工程地质条件,分析了滑坡变形破坏机制及其稳定状态。研究认为明珠花园9号楼滑坡在自重和地震工况下均处于稳定状态,在暴雨工况下处于不稳定状态。雨水是滑坡形成的最重要诱导因素。     

深部矿井煤系地层软岩蠕变特征试验

采用在预定围压下先固结后径向卸载的三轴蠕变试验方法,模拟软岩巷道开挖过程应力状态变化,通过三轴卸载剪切蠕变试验表明随剪应力水平的降低蠕变速率显著减小.当剪切应力高于一临界值时,深部矿井软岩蠕变过程历经减速、定常和加速蠕变三个阶段破坏.根据试验结果,为描述非线性加速阶段蠕变规律,采用改进的元件,提出了软岩非线性的黏弹塑蠕变本构模型,通过有限元本构程序的二次开发,将提出的本构模型嵌入到ADINA非线性有限元程序中.对某矿井巷道软岩开挖支护过程进行数值模拟,表明弹黏塑蠕变本构力学模型能够较好地反映软岩的变形特征,数值模拟和实测结果吻合良好,可为矿井深部软岩巷道设计与施工提供参考.     

新近系红层软岩隧道系统锚杆优化设计研究

为解决新近系红层软岩隧道系统锚杆的优化设计问题,以两徽项目为依托,对不同系统锚杆设置条件下新近系红层软岩隧道支护结构的受力、变形进行现场实测及数值模拟,分析总结其规律,为此类隧道支护参数优化设计提供参考和借鉴.     

考虑软岩参数随时间变化的非定常西原蠕变模型参数辨识及数值模拟

为了准确地描述软岩蠕变规律,基于经典西原模型,考虑软岩参数随时间的变化,建立一种非定常西原模型,并采用单轴压缩蠕变试验研究软岩的蠕变力学特性,基于单轴压缩蠕变试验数据对所建立模型进行参数辨识;利用ABAQUS软件的二次开发功能,将所建立模型嵌入其中进行软岩蠕变过程的数值模拟。结果表明：通过拟合单轴压缩蠕变试验数据并辨识相关参数,相关系数不小于0.997,所建立模型与实际情况吻合度较高,可准确地描述软岩的初期蠕变、等速蠕变、加速蠕变3个阶段;模拟结果与单轴压缩蠕变试验结果基本吻合,验证了所建立模型可以在数值软件中准确应用并进行相关工程计算。     

干湿状态对红层软岩脆延特性影响的试验研究

为研究含水状态对脆延转化特性的影响,针对工程性质特殊的胡麻岭隧道红层软岩展开了系列试验,探究了干燥与天然含水状态试样脆延性区的强度变形规律。首先对干湿组红层软岩分别进行不同围压下的常规三轴压缩试验,进一步引入脆性指标对岩样脆性程度进行定量表征,并基于Mohr-Coulomb强度准则以及考虑结构强度的初始屈服面模型对各特征应力进行了分析。在此基础上通过试验,从宏细观尺度上探究了红层软岩脆延转化机理。研究表明:岩样干燥后,峰值强度增加了93.39%～145.35%,残余强度增加了77.83%～133.72%,脆延转化压力增加近40%,峰值应变降低了24.13%～88.92%;延性区的干湿试样的黏聚力近似为脆性区的1.8倍,但内摩擦角均小于脆性区,为脆性区的50.4%～90.5%;同时发现延性区试样在施加围压时已经进入了弹塑性变形阶段,且脆延转化压力等于等向固结压力。该研究内容可进一步丰富红层软岩的工程特性,并为穿越红层软岩地下工程的开挖支护提供理论依据。     

湛江软黏土的流变本构模型研究

文章在湛江软黏土室内三轴剪切流变试验数据的基础上,研究了湛江软黏土的流变特性,通过分析蠕变曲线的规律,选择了广义Kelvin模型、西原模型及线性黏弹塑性模型描述湛江软黏土的流变特性,由非线性拟合结果得出七元件Kelvin模型拟合精度最高;结合不同围压下的蠕变变形特征及应力应变等时曲线几乎为直线的规律,得出了湛江软黏土的...     

一种软岩流变模型

为了描述工程软岩的复杂流变特性,提出了2种非线性元件——蠕变体(CYJ体)和裂隙塑性体(L体).并将它们和描述衰减蠕变特性的开尔文体(K体)、描述瞬弹性的虎克体(H体)及圣文南体(S体)相结合,得到了一种新的复合流变力学模型,并推导了其流变本构方程;讨论了该复合模型在恒应力条件下的蠕变特性及恒加载速率下的流变效应.研究结果表明:该模型不但能描述软岩在低应力时的弹性和粘弹性(稳定蠕变),而且能描述软岩在较高应力时的弹性、塑性、粘弹性和粘塑性(不稳定蠕变).     

红层软岩破碎软弱夹层边坡稳定性影响因素探讨

土质为红层软岩破碎软弱夹层的临空边坡往往是不稳定的,其主要影响因素为边坡的坡度、降水及上覆荷载等.本文对此进行了室内模型试验,给出了降水量与坡角的关系曲线、渗透深度与坡角的关系曲线,以及定性描述上覆一定厚度黄土层时的破坏特征,分析了破坏产生的原因,同时给出了坡率及降水引起边坡滑塌的最大坡角的定量界限.     

龙口海域软岩巷道围岩流变特性研究

龙口海域软岩巷道在围岩应力达到峰值后,围岩破坏加剧、变形迅速增加,呈现出强烈的流变特性,本文针对这种现象,在典型地层选取岩样,使用岩石流变扰动效应三轴实验仪进行流变实验,并根据流变测试结果对流变曲线进行了拟合分析。     

胡麻岭隧道红层软岩的侧限与三轴压缩力学特性试验研究

通过对胡麻岭隧道红层软岩进行侧限与三轴压缩试验,系统地分析该类软岩的压缩特性、脆性及延性区的强度参数、扩容特性以及能量转化特征.在此基础上,引入帽子屈服面模型,探究脆?延转化压力PT与名义先期固结压力P～C的关系.研究结果表明:正常沉积岩的名义先期固结压力均大于岩石历史最大竖向有效应力;当脆、延性区试样处于峰值应力点时...     

高应力软岩流变特性及预应力锚固技术分析

随着中国煤矿开采深度的不断增加,高应力软岩巷道支护已成为制约煤矿安全生产的主要瓶颈.依据软岩三轴压缩的分级加载蠕变试验曲线的规律与时效特征,建立了高应力下泥质粉砂岩Burgers粘弹性流变模型,并依据粘弹塑性力学的基本理论,推导了该模型的一维蠕变本构方程,进而借助非线性回归分析辨识了模型参数.采用FLAC3D软件数值模拟预应力锚杆与锚索预紧力对高应力软岩巷道蠕变的影响,仿真结果表明,随着锚杆与锚索预紧力的提高,巷道围岩的位移量逐渐减小,锚杆预紧力大于100 kN且锚索预紧力大于900 kN较为合理.     

红层软岩浸水裂纹扩展试验与破裂机制分析

软岩遇水软化是其破坏的重要特征,也是导致该类岩体边坡、基坑等产生变形破坏的重要原因之一.究其原因,岩体中含有大量原始裂隙,当有水作用时,水通过裂隙浸入岩体内部,发生物理的、力学的作用,导致裂纹扩展和岩体强度降低.因此,针对裂隙红层软岩裂纹扩展问题,设计了两组不同初始裂纹的软岩浸水破裂试验进行研究,一组不含初始裂纹,另一组含一条初始裂纹,通过对两组样品浸水过程中裂纹扩展规律研究,获得红层软岩浸水裂纹扩展的规律,包括:①不含初始裂纹样品中裂纹由外向内逐层发育,含初始裂纹样样品破裂沿已有裂纹扩展,破裂速度上比不含初始裂纹样品更为迅速;②软岩裂纹在显微尺度下多沿石英矿物颗粒之间的间隙或填充在石英矿物颗粒间的黏土矿物发育扩展;基于上述试验,分析了软岩浸水后裂纹扩展的细观力学机制及其破裂全过程特点.     

基于分形理论的红层软岩填料缩尺料制备方法

采用分形理论研究了在室内采用球磨机制备与现场填料具有相同分形维的缩尺料的方法.基于对模拟现场重复破碎机制的考虑,选用球磨机作为破碎岩块制备缩尺料的设备.通过正交试验,研究了岩块初始粒径、球磨机转数、钢球数等参数对分形模型拟合优度、颗粒分形维的影响.在此基础上,通过中三轴制样试验进一步研究了试样制作过程对缩尺料二次破碎的影响.研究结果表明,对于红层软岩,采用破碎参数:球磨机转数100转,钢球数9个、岩块初始粒径20 mm,可以制备得到与现场原料相同分形维的中三轴试样缩尺料.