干湿循环对不同密度砂岩强度劣化的影响

揭示干湿循环过程中砂岩强度的劣化规律对防治失稳岩质边坡具有重要指导意义.以兰州市岩质边坡的砂岩为研究对象,通过抗压、抗拉试验及电镜扫描观察,分析干湿循环对不同初始干密度砂岩强度的劣化影响.研究结果表明,砂岩的单轴抗压强度、弹性模量、抗拉强度及其劣化速率与干湿循环次数成负相关,单轴抗压强度、弹性模量和抗拉强度与干湿循环次数具有良好的指数关系.同一强度参数中,不同初始干密度砂岩强度参数值的差别随干湿循环次数的增加呈减小趋势.干湿循环次数相同时,随初始干密度的增大,单轴抗压强度、弹性模量和抗拉强度及其劣化程度呈递增趋势.在干湿循环递进的过程中,砂岩的微观结构发生显著改变,不同初始干密度砂岩的微观结构差别逐渐减小.干湿循环对砂岩强度的劣化与循环次数和初始干密度密切相关.     

干湿循环下宁明粉砂岩宏微观损伤劣化规律研究

为揭示干湿循环下广西宁明地区粉砂岩损伤劣化规律,首先通过干湿循环试验模拟了岩石失水-吸水过程,分析了干湿循环作用下粉砂岩饱和含水率、纵波波速变化规律,并研究了干湿循环后粉砂岩的单轴压缩力学参数劣化特性以及微观结构变化,然后以弹性模量定义干湿循环后粉砂岩损伤,并基于Weibull分布定义受荷后粉砂岩的损伤,耦合得到了干湿循环作用下受荷粉砂岩的损伤演化方程。研究表明：随干湿循环次数增加,粉砂岩饱和含水率呈非线性增大,纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量呈非线性减小,可采用指数函数进行拟合,且变化趋势均呈现出3个阶段;干湿循环作用对弹性模量劣化程度较单轴抗压强度劣化程度更为显著;阶段劣化度随干湿循环次数的增加而减小,总劣化度随干湿循环次数的增加而增大;峰值应变逐渐增大,岩样塑性得到了显著发展,破坏模式由脆性破坏向延性破坏转变。     

致密砂岩循环加载试验及能量演化分析

为研究复杂应力路径下致密砂岩的力学行为,采用多功能岩石三轴测试系统开展围压为5 MPa、15 MPa和20 MPa的三轴循环加卸载试验并进行能量演化分析。试验结果表明:砂岩的抗压强度随着围压增加而增大,围压5 MPa、15 MPa、20 MPa下的体积最大压缩点对应的轴向偏应力分别为80.68 MPa、120.72 MPa、152.12 MPa;加卸载过程中会有部分外荷载做功转化成内能和其他形式能量,因而应力-应变曲线形成滞回环,并且随着应力的增加滞回效应逐渐明显;砂岩以剪切破坏形式为主,同时产生轴向和侧向倾斜裂纹。能量演化分析表明:岩石的破坏是弹性能积累到峰值突然释放的结果;岩样破坏前的峰值弹性能会随围压线性增加,围压对峰值弹性能的影响显著。     

干湿循环作用下露天矿边坡岩石损伤能量演化分析

水位升降对露天矿坑边坡岩石强度产生明显的弱化,因此,干湿循环对岩质边坡稳定性分析具有重要影响。通过不同干湿循环次数下的岩石单轴压缩试验,基于不可逆热力学损伤理论,分析外力总功、弹性能以及能量耗散之间的内在关系。实验表明:外部载荷对岩石所做总功,一部分转化为岩石弹性变形能,还有一部分以能量耗散的形式导致岩石发生不可逆的损伤。通过岩石室内试验,研究花岗岩力学性质变化规律,建立基于能量耗散原理的不同循环次数下花岗岩损伤演化方程。室内试验分析和理论研究表明,基于能量耗散原理建立的不同干湿循环效应下岩石损伤演化方程,可以较好地描述岩石的损伤演化。     

干湿交替中砂岩强度与波速关系的试验研究

库水周期性干湿循环作用使得库岸边坡消落带岩土体的强度发生劣化,当劣化发展到一定程度的时候就可能会引起岸坡失稳.不同类型的岩土体遇水后,其强度劣化程度因岩土体的岩性不同而不同.本文以两种不同矿物成份的砂岩为研究对象,进行室内超声波测试、单轴抗压试验,探讨干湿循环作用下其强度劣化情况以及强度与纵波波速之间的相关关系.试验结果表明：干湿循环作用下砂岩的纵波波速与单轴抗压强度有很好的对应关系.Ⅰ号砂岩遇水后,波速与强度均有相应的大幅度衰减,多次干湿循环之后,波速与强度趋于平稳;Ⅱ号砂岩在经历多次干湿循环之后,波速与强度均未发生显著的劣化.     

干湿循环与围压作用下粉砂岩损伤及本构研究

以广西宁明地区粉砂岩为研究对象,对岩样进行室内干湿循环试验,分析了干湿循环后岩样纵波波速和含水率变化规律;通过三轴试验获得了粉砂岩全过程应力-应变曲线,研究了干湿循环与围压对粉砂岩力学特性的影响,并从微观角度揭示了其损伤劣化机制;基于Weibull分布推导出了损伤本构方程．结果表明：循环次数增加,纵波波速下降、含水率上升;循环次数与围压增加,塑性变形能力增强,破坏模式由脆性破坏向延性破坏转变;粉砂岩总损伤演化曲线呈现出“S”型,可划分为无损伤阶段、损伤快速发展阶段、损伤减速发展阶段、损伤完成阶段;粉砂岩总损伤率演化曲线呈现出正态分布,可划分为起始阶段、快速增长阶段、快速衰减阶段、完成阶段;围压对损伤发展具有抑制作用．     

砂岩力学特性对干湿循环效应响应规律的试验研究

为研究砂岩力学特性对干湿循环效应的响应规律,基于不同干湿循环作用下砂岩吸水性、单轴压缩与直剪试验结果,系统分析了砂岩吸水率、抗压强度、变形参数、抗剪参数以及破坏特征等物理力学特性对干湿循环效应的响应规律. 研究结果表明,随着干湿循环次数的增加,砂岩吸水率与质量损失率呈正相关变化,而抗压强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角则呈负相关关系,当循环15次时,与天然状态相比,砂岩抗压强度下降幅度高达78.96%,而黏聚力和内摩擦角则分别减小了78.40%和31.33%. 但不论曲线变化趋势是增大还是减小,其变化幅度均是先大后小,并最终会以某一循环次数为临界值发展变化. 砂岩的破坏特征亦会受到干湿循环试验次数的影响,干湿次数越少,脆性破坏越明显,反之则延性特征增强,即砂岩会呈现一种从脆性到延性转化的破坏规律.      

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。     

干湿循环下红砂岩强度衰减规律及工程应用

干湿循环作用下红砂岩岩体强度衰减是导致红砂岩边坡失稳的重要原因.针对这一现象,选取湖南省某在建高速公路具有代表性的红砂岩,采用烘干-浸泡的方式模拟岩石及结构面干湿循环过程,对干湿循环作用下红砂岩岩体抗劈裂强度及抗剪强度进行试验.试验结果表明,随着干湿循环作用次数的增加,岩石抗劈裂强度降低了55.7%,内摩擦角及粘聚力分...     

CT扫描视域下黏土干湿循环劣化机理

为研究干湿循环对黏土力学特性和微观结构的影响,通过一系列无侧限抗压强度试验和CT扫描测试从宏观和微观角度揭示了干湿循环对黏土的劣化机理。结果表明：随着干湿循环次数的增加,黏土的抗压强度保持指数性下降趋势,在经历4次循环后,抗压强度损失了40%左右,干湿循环达到8次后抗压强度基本达到稳定;CT扫描横剖面显示,在干湿循环过程中,裂隙从试样四周开始发育,并逐渐向内部扩展,裂隙的宽度和长度均持续增加,连续性也有所提高;随着干湿循环次数的增加,试样的逐层面孔隙率均明显增加,且不同层间的交界面孔隙率的增加更为显著,层间的裂隙最先发育,试样表面也有竖向裂隙发育,试样内部连通孔隙的数量增加,闭合孔隙的数量减小;不同次数干湿循环作用下黏土的孔隙率与抗压强度之间保持负指数性关系,当干湿循环次数达到4次后,孔隙率的增加对抗压强度的影响减小。     

温度对深部砂岩波速的影响

为准确评价深部岩体的力学性质,采用脉冲透射测试方法,对鹤岗南山矿深部砂岩在18～ 130℃的波速进行了测试.结果表明:岩样的纵波波速vP在30～ 55 ℃、横波波速vS在30～ 80 ℃随温度升高略有下降趋势,下降幅度vP＜vS;vP/vS 随温度升高呈上升趋势;岩样的泊松比νd在30～130 ℃随温度升高而增长,但其值均在0.35以内;动弹性模量Ed随温度升高呈下降趋势,温度在18～ 80 ℃ Ed值下降较大,当温度＞80 ℃以后曲线较平缓.     

考虑砂岩残余强度的二元结构深挖路堑边坡稳定性分析

在西部地区的公路工程中出现了大量二元结构深挖路堑边坡,对此类边坡稳定性分析中的岩体材料强度取值依然没有明确定论.以兰永一级公路为背景,将发生失稳的K35+000~150标段黄土-砂岩二元结构边坡的破坏形式作为参照,在分析该深挖路堑边坡破坏原因的基础上,选取该标段上一典型断面,采用有限元软件研究坡底砂岩分别处于峰值强度和残余强度两种不同强度指标下的深挖路堑边坡的稳定性以及边坡的变形破坏特征,并基于残余强度下的边坡模型,研究预应力锚杆加固对边坡稳定性的影响.结果表明:以残余强度为基础对边坡稳定性进行分析更为贴合此类边坡工程的实际状况,边坡若能在开挖过程中采用预应力锚杆支护底部基岩层将有效提高边坡稳定性从而阻止坡体失稳发生.研究结果可为今后甘肃地区黄土-砂岩二元结构高边坡的稳定性分析提供参考.     

硫酸钠-干湿-冻融共同作用对水泥土性能的影响

为解决宁夏水泥土受到盐类侵蚀和干湿-冻融循环作用性能劣化的问题,以宁夏同心水泥黄土为研究对象,试验设置不同压实度和水泥掺量,考虑盐浓度作用,并结合宁夏地区干湿性、季冻性等区域性特点对水泥土进行不同浓度溶液浸泡下的干湿-冻融循环试验,探究多重因素影响下试样外观、质量、波速、强度、电阻率、含盐量等变化情况。结果表明：压实度和水泥掺量越大,试样的质量、波速、强度也越大。随着干湿-冻融循环次数增加,水泥土试样在硫酸钠作用下均表现电阻率下降,含盐量上升,质量先增后减、表面脱落受损,峰值强度和残余强度指数下降、波速下降。硫酸钠劣化作用随着浓度升高而增强。     

致密砂岩加热过程单轴抗压强度变化

为保证电加热技术在致密砂岩气藏增产时的井下安全,分析致密砂岩地层井周砂岩的单轴抗压强度变化规律,利用自研的高温岩样应变与声速测试装置、箱式电阻炉及50 KN力学实验机对高温状态下及高温冷却后的致密砂岩进行了单轴抗压强度试验,并结合热重分析、X衍射试验进行分析,研究表明：就抗压强度大小而言,高温状态下的砂岩试件普遍大于高温后（300 ℃时相反）;就变化趋势而言,高温状态下和高温冷却后的砂岩平均单轴抗压强度都在26~200 ℃阶段呈现上升的趋势,以及400~600 ℃阶段急剧下降,而在200~400 ℃阶段两组试验的变化趋势差别较大。针对本文中砂岩,其单轴抗压强度随温度的变化阈值存在于300~500 ℃这一区间内;对于高温状态下砂岩试件,当加热温度为200 ℃,砂岩的单轴抗压强度随恒温时间的增加而增大,而400℃时单轴抗压强度整体变化不大。研究结果对比揭示了高温下和高温后致密砂岩单轴抗压强度的不同变化规律,可为探究砂岩气藏井下电加热工程可行性提供参考。     

干湿循环增湿与脱湿过程中高液限粘土强度变化

对高液限原状粘土进行了增湿和脱湿两种不同干湿循环路径中不同含水量变化的高液限粘土快剪试验．试验结果表明,干湿循环增湿和脱湿过程中含水量的增加或减少对粘土抗剪强度具有较为相同的弱化或强化效应,具体表现为含水量的增加会导致高液限粘土的粘聚力呈近似幂函数形式衰减,内摩擦角呈近似二次函数形式衰减;对于相同的含水率,增湿和脱湿过...     

渗流-应力-流变耦合作用下破碎带砂岩渗透演化规律试验研究

膝状挠曲破碎带是一些水电站坝基的主要工程地质问题。破碎带岩性为完整性较差的软弱砂岩,直接关系到坝基的变形和稳定。基于破碎带砂岩组织结构疏松、含水率较高、物理力学性能较差等特点,对渗流-应力耦合作用下流变过程中的岩石渗透特性进行测试。分析应力-应变过程中的渗透规律,研究流变过程中渗透系数演化规律,探讨渗透性演化破坏机制。得到轴向、环向和体积变形对渗透系数的影响及围压和孔隙压力对渗透特性的影响规律。结果表明:初始加载导致渗透系数快速减小,并随着非线性变形增加降低程度逐步趋缓;且环向变形比轴向变形更能灵敏地反映渗透系数演化规律;岩样非均质性引起孔隙度略有不同,加载作用导致渗透系数随时间变化存在部分波动,但整体呈线性降低;稳态流变阶段渗透系数恢复至平缓下降,说明波动对渗透系数的整体演化无显著影响,且围压增加导致渗透系数降低。     

裂隙砂岩破坏过程中的能量耗散与破碎分形特征研究

对不同裂隙倾角的裂隙砂岩试件进行单轴压缩试验,分析了试件变形破裂过程中的应变能演化特征,基于分形理论定量描述了最终破坏后碎屑尺度分布的分形特征,初步探究了能量耗散与破碎分形维数之间的力学机制。研究结果表明：随着裂隙倾角增加,裂隙砂岩试件的抗压强度和耗散应变能均呈现出先减小后增大的变化规律;数据拟合结果表明两者之间存在正相关关系。试件破坏后的碎屑尺度分布具有分形特征,不同裂隙倾角试件的分形维数介于2.58～2.64;分形维数随裂隙倾角的变化规律与抗压强度类似,两者近似呈线性相关关系。此外,试件的抗压强度越高,破坏时释放的耗散应变能越多,试件破碎程度越严重,所产生的微、细粒碎屑占比增大,导致分形维数变大;数据拟合结果表明耗散应变能和分形维数之间具有线性正相关关系。     

不同形状红砂岩的点荷载强度试验研究

本文以湖北宜昌三峡库区马家沟侏罗纪红砂岩为对象,对岩石试样开展点荷载和单轴抗压强度试验,研究常见的试样形状(圆柱体、方块体、不规则块体)对点荷载强度的影响。研究结果显示：对于不同形状的试样,确定好合适的形状修正指数m,形状效应对点荷载强度IS(50)的影响可以忽略;同时了对比了国内外不同规范m取值的影响,综合分析后,推荐该地区红砂岩标准试样的修正指数m取0.5,非标准试样的修正指数m取0.42;结合红砂岩室内单轴抗压强度的试验结果,得到了适用于该地区红砂岩点荷载强度IS(50)与单轴抗压强度UCS的经验转换关系式。