砂岩单面吸水强度软化实验

为了更附合巷道围岩吸水的实际状态,通过对两组单面吸水后的砂岩试件进行单轴抗压强度实验,研究其随吸水时间变化的强度软化特征。结果表明:两组试件单轴压缩σ-ε曲线线形相似,属于塑性-弹性-塑性变形类型,试件抗压强度随吸水时间呈负指数衰减趋于饱水强度,强度软化系数与吸水时间呈负相关性。试件宏观破坏形式主要为楔劈型张剪破坏和拉伸破坏,而且吸水一端总是首先破坏。砂岩在单面吸水状态下,强度软化机制为黏土矿物遇水膨胀机制与微观力学机制。     

饱水时间对板岩物理力学特性劣化影响的试验研究

通过单轴压缩试验、直剪试验和为期120 d饱水三轴压缩试验,结合板岩成分,研究了板岩在饱水之后的力学性质变化和水物理化学损伤机理。研究表明:自然浸水条件下,在最初4 d吸水率变化较大,约8 d之后板岩吸水率趋于稳定,但水岩作用依旧存在且明显滞后于吸水率的变化;随饱水时间的增长,各项力学参数试验均有衰减,饱水60 d后,板岩峰值强度趋于稳定。板岩水物理损伤主要受库区水环境影响,水物理损伤主要受水流导致矿物颗粒间胶结物和碎屑的运移和扩散,这与水化学损伤的水环境p H等密切相关。通过质量与强度变量,从宏观上量化评估板岩损伤劣化程度。     

发泡聚苯乙烯轻质混凝土饱水软化后的强度与变形特征

与普通混凝土类似,聚苯颗粒混凝土遇水也表现出软化效应,导致强度和刚度参数下降,为此,基于饱水软化试验,对不同干密度聚苯颗粒混凝土饱水72 h后进行了强度试验,结果表明:聚苯颗粒混凝土的软化系数在0.8附近及其以上,接近于耐水性材料。饱水或干燥时,应变在1%~2%范围内时变形以弹性变形为主,且峰值强度在3%附近。当应变在2%以前,饱水前后应力-应变曲线较为接近,表明在弹性阶段饱水前后力学性质较为接近,2%应变以后,表现为峰值强度下降,割线模量降低。     

EPS轻质混凝土饱水软化后的强度与变形特征*

与普通混凝土类似,聚苯颗粒混凝土遇水有也表现出软化效应,导致强度和刚度参数下降,为此,基于饱水软化试验,对不同干密度聚苯颗粒混凝土饱水72小时后进行了强度试验,结果表明：聚苯颗粒混凝土的软化系数在0.8附近及其以上,接近于耐水性材料。饱水或干燥时,应变在1%~2%范围内时变形以弹性变形为主,且峰值强度在3%附近。当应变在2%以前,饱水前后应力-应变曲线较为接近,表明在弹性阶段饱水前后力学性质较为接近,2%应变以后,表现为峰值强度下降,割线模量降低。     

含水岩石动态抗压强度与微观机制

通过选取云南迪庆某地区红砂岩进行不同含水状态和不同脉冲强度下的SHPB试验和SEM试验,分别从宏观和微观角度研究含水岩石的动态强度特性及其破坏机制。结果表明:静态或动态单轴压缩时,随着含水率的升高,岩石的强度均降低;根据SHPB试验中的应力-应变全过程曲线,含水试样体积压缩变形明显,具有较高的峰值应变,峰后有应变软化特征,而干燥试样具有较高的峰值强度,峰后应力迅速跌落;根据各试样的动态抗压强度变化曲线,相同脉冲强度下试样的抗压强度随含水率的增加而降低,而相同含水状态时的抗压强度随脉冲强度的增加而增大;根据SEM图像,饱水试样颗粒结构疏松而干燥试样颗粒结构致密,冲击破坏机制饱水试样以初始微裂纹破裂和矿物边界或物相边界破裂为主,破坏时的动态抗压强度较低,而干燥试样还包括矿物颗粒直接剪断破裂,因此破坏强度较高。     

干燥及饱水状态下基于巴西劈裂法的板岩抗拉强度

为研究干燥及饱水状态下不同层理角度板岩的抗拉强度的相关规律,采用微机控制电液伺服万能试验机对不同层理角度的板岩试件进行巴西劈裂试验,获得其破坏荷载、饱和含水率、抗拉强度等力学参数;基于获得的力学参数分析不同状态下板岩试件抗拉强度的变化规律以及其相对应的破坏模式。研究结果表明:随着板岩试件层理角度的增加,其抗拉强度逐渐降低,饱水状态下板岩试件的抗拉强度明显低于干燥状态下板岩试件的抗拉强度,并且层理角度为0°和90°板岩试件的破坏模式为纯拉伸破坏,层理角度为30°和60°板岩试件的破坏模式为沿层面剪切破坏。     

中等强度砂岩饱水力学参数变化试验及动态出砂规律

为了研究含水条件变化对砂岩储层出砂的定量影响规律,对国外某油田N储层中等强度砂岩27块岩心进行不同饱水时间和饱水度条件下的三轴强度破坏试验,测试不同围压三轴破坏强度、弹性模量、泊松比以及内聚力、内摩擦角随饱水时间和饱水度的变化。试验揭示中等强度砂岩力学参数随饱水度的变化规律。根据试验数据,利用极限稳定强度指数模型拟合岩心力学强度参数随饱水时间和饱水度的变化经验关系式,用于该储层的动态出砂临界条件预测。结果表明:在饱水时间为0~50 d内,不同围压下的三轴破坏强度、弹性模量随着饱水时间明显下降,饱水50 d时围压40 MPa下的破坏强度和弹性模量均下降约30%;随着饱水度从0增加到100%,岩心三轴破坏强度、内聚力和弹性模量先降低较快,然后趋于稳定,最终无量纲强度比约为72%;该储层含水饱和度上升至0.85时,储层出砂临界压差下降25%~30%,而地层压力下降30%情况下,出砂临界压差降低10%~11%;未来含水上升和地层压力下降是导致该储层出砂的主要诱发条件。     

饱水与干燥状态下横观各向同性板岩蠕变特性

为研究水对横观各向同性板岩蠕变特性的影响,采用RYL-600微机控制岩石流变仪,以分级增量加载方式对饱水与干燥状态下具有横观各向同性特性的板岩进行蠕变试验.试验结果表明:饱水板岩试样和干燥板岩试样在蠕变试验中均出现瞬时弹性变形阶段、初始蠕变阶段、等速蠕变阶段及短暂的加速蠕变阶段.在相同加载条件下,饱水板岩试样的瞬时弹性模量小于干燥板岩试样的瞬时弹性模量.低应力状态下,饱水及干燥试样的蠕变速率都稳定,且相差不大;在高应力状态下,两种情况的蠕变速率都随载荷的增加而快速增长,且相差较大.饱水试样的破坏应力小于干燥试样的破坏应力,且随着层理角的增加都呈U形分布.     

饱和前后软岩各向异性力学特征的对比试验

以泥质粉砂岩和褐红色泥岩为对象,研究单轴压缩条件下软岩干燥和饱和状态时的各向异性力学特征,包括变形各向异性特征和强度各向异性特征.试验结果表明:泥质粉砂岩和褐红色泥岩的弹性模量、单轴抗压强度饱和后均大幅下降,而泊松比增大;饱水后泥质粉砂岩的弹性模量在垂直于层理方向的降低幅度明显小于平行方向,而单轴抗压强度在垂直于层理方向的降低幅度则略大于平行方向,泊松比的变化幅度相差不大;饱水后褐红色泥岩的泊松比在垂直于层理方向的增大幅度明显小于平行方向,而弹性模量和单轴抗压强度变化幅度相差不大.     

软岩在饱水过程中微观结构变化规律研究

针对广东地区重大工程中几种典型软岩的基本类型和特点，设计了若干软岩饱水软化试验，探讨了不同类型软岩在各种不同饱水状态和饱水时间后微观结构的基本特征；在此基础上，揭示了不同类型软岩微观结构的动态变化规律，为软岩饱水后力学性质的变化规律和软化机制研究奠定了微观学基础。     

巢湖地区坟头组泥岩遇水软化特性与机理试验研究

从物理力学性质、矿物与化学成分、微观结构等方面,对巢湖地区坟头组海相粉砂质泥岩遇水软化的特性与机理进行试验研究.利用DB-16超声测速仪、单轴压力机,测试岩样浸于蒸馏水后不同时间波速、抗压强度的变化;采用电感耦合等离子体法,分析岩样浸泡液化学成分随时间的变化;利用X射线衍射、荧光光谱分析,测试岩样矿物化学成分变化情况;采用电子扫描显微镜观察岩样微观结构,并利用GIS软件对不同浸水时间岩石孔隙率、孔隙表面积进行半定量计算.试验表明,泥岩浸水后,单轴抗压强度和波速明显下降,岩石孔隙率下降,孔隙表面积增加;浸水前后,泥岩化学成分变化不大;水沿微裂隙进入岩石内部,溶解可溶盐胶结,使裂隙向纵深发展,进而使裂隙连通导致岩石软化,其中,岩石微裂隙的产生与岩石内部的不均一性密切有关.     

冻融循环作用下乳化沥青冷再生混合料损伤分析

目的研究乳化沥青冷再生混合料在冻融循环作用下宏微观损伤情况,揭示损伤规律.方法基于室内试验分析不同饱水状态下乳化沥青冷再生混合料经历不同冻融循环作用下的空隙率、高温性能和低温性能,运用扫描电镜(SEM)观测水泥乳化沥青复合胶浆微观形貌和化学元素组成.结果经历冻融循环20次,完全干燥、50%饱水和完全饱水状态下乳化沥青冷再生混合料空隙率增加幅度为3.0%、14.2%和19.5%,高温贯入强度降低幅度达20.6%、31.8%和49.1%,贯入深度增加幅度达24.5%、53.5%和80.4%,低温劈裂强度降低幅度达22.5%、44.7%和56.1%;经历冻融循环10次,乳化沥青与水泥水化产物分离,水泥乳化沥青复合胶浆晶体中碳元素质量分数降低幅度达56.4%,钙元素和硅元素质量分数增加幅度达2.50倍和2.17倍.结论冻融循环作用使乳化沥青冷再生混合料空隙率增加、高低温性能下降、复合胶浆损伤.     

板岩质砂土-混凝土界面剪切特性研究

为了研究含水率对板岩质砂土-混凝土界面的力学特征参数的影响,采用大型直剪试验系统对不同含水率条件下的板岩质砂土-混凝土界面剪切特性进行试验。试验结果表明:随着板岩质砂土含水率的增大,界面的抗剪强度、摩擦角、剪切刚度系数和残余剪切强度等均显著减小,最大减小幅度达30%;黏聚力先缓慢增大后迅速减小,减小幅度为19.1%;而剪切破坏位移显著增大,增大幅度超过65%;含水率对板岩质砂土-混凝土界面的剪切强度、剪切刚度和剪切破坏变形等力学性质有显著影响。     

泥岩遇水软化微观机理研究

通过扫描电镜与X射线衍射仪对不含蒙脱石的华北中生代煤系地层泥岩的微观结构与物质组成进行分析，研究了该泥岩遇水软化过程中微观结构随时间变化的动态特征．研究表明：泥岩中的矿物颗粒在水的作用下，颗粒间的连结将逐渐破坏，使水分进入层状颗粒之间，从而在岩石内部产生不均匀内应力以及大量的微孔隙．这些微孔隙的出现及其吸附效应的影响，进一步破坏了岩石的内部结构体系，使泥岩在宏观上产生软化崩解的现象．可见，泥岩内部结构体系的特点是其软化崩解的真正原因，而是否含有蒙脱石并非泥岩软化崩解的决定性因素．     

氧化带软岩微观特征与单轴压缩宏观力学性能

为研究氧化带软岩的力学性能,探究微观结构对宏观力学性能的影响.采用微观分析与力学试验结合的方法,对岩石试样分别进行了X衍射分析、电镜扫描试验和单轴压缩试验.试验结果表明:砂质泥岩与泥质砂岩相比,微观结构松散,泥质成分多,容易被孔隙水软化,容易被氧化;砂质泥岩单轴抗压强度为33.45 MPa,弹性模量19.11 MPa,分别为泥质砂岩的52%和58.5%,印证了微观分析的结果,岩石微观结构对宏观力学性能影响显著.研究结论可以用来指导随后的现场设计与施工,对其他材料的力学性能研究起到了一定的借鉴作用.     

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。     

库水升降作用下高陡岩质边坡稳定性分析

为有效分析库水升降作用下库岸边坡稳定性,以三山岛金矿的仓上露天坑尾矿库高陡岩质边坡为例,选取库岸边坡岩样分别进行自然状态下和不同"饱水-失水"循环次数下的单轴抗拉强度试验、单轴抗压强度试验。考虑"饱水-失水"循环对岩石的损伤影响,在广义Hoek-Brown强度准则的基础上,引入了"饱水-失水"循环作用后岩石单轴抗压强度累积损伤率,对Hoek-Brown强度准则进行了改进,确定了库岸边坡的岩体力学参数。以此为基础,利用FLAC3D数值分析软件对库岸边坡进行稳定性分析研究。结果表明:库水升降作用对库岸边坡岩体物理力学性质的损伤作用十分明显,随库水升降循环次数的增多,库岸边坡岩体力学参数不断劣化。数值模拟监测情况与实际工程的位移监测数据对比分析整体误差较小,证明岩体力学参数计算的可靠性,以此为基础计算得库岸边坡将在经历30次"饱水-失水"循环作用后最终破坏失稳。其所得结论能够为类似边坡工程的稳定性分析提供参考与指导。     

库水升降作用下高陡岩质边坡稳定性分析研究

为有效分析库水升降作用下库岸边坡稳定性,以三山岛金矿的仓上露天坑尾矿库高陡岩质边坡为依托背景,选取库岸边坡岩样分别进行自然状态下和不同“饱水-失水”循环次数下的单轴抗拉强度试验、单轴抗压强度试验。考虑“饱水-失水”循环对岩石的损伤影响,在广义Hoek-Brown强度准则的基础上,引入了“饱水-失水”循环作用后岩石单轴抗压强度累积损伤率,对Hoek-Brown强度准则进行了改进,确定了库岸边坡的岩体力学参数。以此为基础,利用FLAC3D数值分析软件对库岸边坡进行稳定性分析研究。结果表明：库水升降作用对库岸边坡岩体物理力学性质的损伤作用十分明显,随库水升降循环次数的增多,库岸边坡岩体力学参数不断劣化。数值模拟监测情况与实际工程的位移监测数据对比分析整体误差较小,证明岩体力学参数计算的可靠性,以此为基础计算得库岸边坡将在经历30次“饱水-失水”循环作用后最终破坏失稳。其所得结论能够为类似边坡工程的稳定性分析提供参考与指导。     

冻融循环作用下土的性质对纤维水泥土力学性质的影响

为了研究冻融循环作用下土的性质对纤维水泥土力学性质的影响,以玄武岩纤维和水泥为加固材料,选取两种不同类型土体制作成试件进行无侧限抗压强度试验和冻融循环试验。通过研究发现,玄武岩纤维的加入未必能提高水泥土的强度,土体的性质是影响水泥土无侧限抗压强度的主要因素之一。冻融循环作用下土的性质对水泥土力学性质及破坏状态具有重要的影响。随着冻融循环次数的增加,水泥土的无侧限抗压强度逐渐减低,而纤维的添加可以有效降低水泥土强度损失,提高水泥土抵抗冻融循环的能力。研究结果可为冻融循环作用下玄武岩纤维水泥土力学机理的研究提供一定的理论基础,可为纤维水泥土在季节性冻土区的应用提供一定的借鉴和参考。     

不同含水率断层宏微观破裂与强度折减损伤

为探究深部地区断层花岗岩不同含水率下宏观与微观跨尺度性质研究,对不同含水率花岗岩开展轴压力学试验和扫描电镜SEM试验,探讨含水花岗岩多尺度破裂机制与强度折减损伤关系。研究结果表明：无水状态下花岗岩宏观以剪切破坏为主且破裂面较为平滑,随含水率提高宏观以张拉破坏为主,裂纹路径与主应力方向平行且受载后岩样较为松散;低含水率工况微观整体破裂以沿晶破裂为主,高含水率工况微观破裂结构为沿晶破裂和穿晶破裂的复合型破坏为主;吸水中期峰值强度和弹性模量两指标衰减率约为前期6倍,两指标达到衰减期阈值最大限并呈非线性指数下降,吸水后期两指标衰减率回弹至前期状态;劣化系数随含水率增长而降低,吸水前期水分子起润滑岩石内部矿物作用,中后期阶段水分子发生侵蚀导致强度大幅度折减,生成有较多孔洞分布的微观结构形貌和晶体颜色偏白的伊利石,后期的水分子为进一步软化侵蚀作用。