软岩膨胀岩软化崩解特性

极高地应力条件下隧道掌子面围岩遇水软化崩解会引起一系列工程问题,通过对3种代表性岩样崩解试验研究,揭示了软岩膨胀岩软化崩解规律。结果表明：软岩膨胀岩的耐崩解指数随循环次数增加依负指数函数递减;软岩膨胀岩矿物组成类型和含量是影响其崩解性强弱的主要因素;基质型和填充型岩样崩解主要由亲水性矿物吸水膨胀引起,5次循环后其崩解指数分别趋于5%和25%;接触型岩样崩解主要由胶结键断裂引起,5次循环后其崩解指数为80%左右,崩解性微弱;可将小于0.25 mm和大于5 mm的粒径组含量变化作为该软岩膨胀岩崩解性强、弱界限粒径。     

压实土体崩解特性试验研究

基于传统崩解试验方法精度较低的问题,研制了一套压实土体崩解试验系统。查明了压实土体试验中崩解时间和崩解量的变化规律,利用自主研制的试验装置,开展了崩解试验研究。分析了含水率、密实度、颗粒级配、颗粒种类等因素对压实土体崩解时间和崩解量的影响。试验结果表明:对于砂岩颗粒土料,含水率对崩解量和崩解时间的影响较大;而相对密实度对崩解量和崩解时间影响较小。对于泥岩颗粒土料,含水率对试样的崩解量和崩解时间影响不显著;而相对密实度对崩解量和崩解时间影响较大。对于不同级配的砂岩、泥岩颗粒土料,细颗粒含量越多,抗崩解性也随之增强,崩解时间越短崩解量越大。     

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。     

潭衡西高速公路第三系粉砂质泥岩崩解特性研究

为了研究潭衡西高速公路第三系粉砂质泥岩的崩解特性,对不同风化程度的粉砂质泥岩进行了静态崩解试验、室内环境崩解试验和耐崩解试验.试验结果表明:岩石风化程度越高,崩解越剧烈;强风化状态的粉砂质泥岩在第四次循环后彻底崩解,耐崩解系数I(d2)为46.2～61.8;弱风化和微风化粉砂质泥岩在第一、第二次循环崩解开始加剧,耐崩解系数I(d2)分别为61.1～73.6和79.5～85.4;崩解物以0.5～2mm和小于0.25mm颗粒物为主.粉砂质泥岩的崩解是由岩石浸水膨胀、胶结物溶解和干湿循环产生的拉应力与张应力共同引起的     

玄武岩残积土的崩解性试验

论述了残积土的崩解性,并对两种不同风化程度下的玄武岩残积土进行了室内崩解试验,试验在原状土、烘干、风干三种条件下进行。试验结果表明,原状土样崩解速度较慢,风干土样崩解速度最快,烘干1h土样次之。同时,土样本身的矿物成分、颗粒大小、含水率等是影响土样崩解的重要因素,棕红色土样由于含有游离态氧化铁等因素,崩解速率大于黄褐色土样。     

不同地区黄土崩解特性的试验研究

为研究不同黄土的崩解特性,探讨引起黄土崩解性差异的主要因素,对不同地区的黄土进行了室内崩解试验。通过对比各自的崩解形态、崩解时间、崩解程度等,发现粉土的崩解形态主要是散粒状;粉质黏土的崩解形态既有散粒状又有碎块状;粉土的崩解性明显强于粉质黏土,崩解更迅速彻底,持续的时间更短。根据试验数据绘制成崩解曲线,得到崩解率、崩解速率等指标。结合黄土的基本性质,对黄土的崩解特性进行分析,发现造成黄土崩解性差异的主要因素有颗粒级配、含水率、矿物成分等。其中,颗粒成分、矿物成分是造成粉土与黏性土崩解差异的主要因素。黏粒及黏土矿物等含量越多,崩解性越弱;黏粒含量越高,崩解形态越趋向块状;而含水率增加,黄土的崩解性减弱,且含水率对粉土崩解性的影响远小于粉质黏土。     

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。     

引江济淮工程膨胀土下伏崩解岩边坡处治试验研究

为论证引江济淮工程规划的可行性,针对膨胀土和崩解岩的处治问题,采用原位试验的方法,辅助采用模型试验和室内试验方法,在工程的可行性研究阶段开展试验工程,针对膨胀土及崩解性砂软岩的防护问题开展研究.研究结果表明:江淮膨胀土层呈非连续分布,主要呈弱膨胀性、低渗透性,新生裂隙深度在6个月时可达1.2 m.膨胀土强度指标黏聚力的...     

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。     

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。     

软岩单试件直剪实验方法

介绍了利用应变控制式直剪仪测试软岩单试件直剪试验的原理、方法,以一个软岩标准试件测定在不同压力下剪切屈服强度,绘制抗剪屈服强度曲线,用最小二乘法或解析法求凝聚力和内摩擦角,并在试验基础上把单试件法和多试件法试验测试结果进行对比,结果数值非常接近,因此是软岩单试件直剪试验方法的可靠性和应用性进行了有益的探索和研究。为软岩单试件直剪试验提供简便的测试方法。     

膨胀性软岩水腐蚀损伤断裂力学效应实验研究

采用INSTRON1342电液材料伺服试验机和Taylor Horbson Surf CLI2000形貌仪对膨胀性软岩双扭试件进行相同pH溶液(pH=7.7)、不同浸泡时间的亚临界裂纹扩展和膨胀特性的试验研究,分别得到膨胀性软岩亚临界裂纹扩展速度v与应力强度因子KI之间的关系、膨胀性软岩的断裂韧度KIC以及不同浸泡时间下的岩石试样吸水膨胀的变化,通过采用双对数坐标空间对常位移松弛法所测试的不同浸泡时间的膨胀性软岩亚临界裂纹扩展速度v与应力强度因子KI之间的关系进行研究。研究结果表明：lgKI-lgv关系具有良好的线性相关性,膨胀性软岩水腐蚀作用对岩石裂纹的断裂指标影响显著并具有时间效应,而且水腐蚀损伤对膨胀性软岩断裂力学性质有弱化作用,能加快膨胀性软岩亚临界裂纹的扩展。     

二氧化碳对页岩力学性质劣化规律的影响

针对目前缺少不同相态CO_2对页岩微观结构及力学参数影响规律研究的现状,通过室内岩石-压裂液浸泡测试系统,对不同相态CO_2浸泡后岩石矿物组分、微观结构及力学参数进行了测试。研究结果表明:液态、超临界态CO_2相比较滑溜水对矿物颗粒微观结构的影响更为明显,矿物颗粒之间的孔隙增大4%～15%,易导致页岩宏观力学性质受到劣化影响;不同介质浸泡后页岩力学参数劣化受影响程度排序为:抗拉强度泊松比峰值强度弹性模量,滑溜水浸泡后页岩脆性特征变化不明显,而液态、超临界态CO_2浸泡后页岩脆性增强40%～50%。液态CO_2有利于改善岩石微观孔隙和降低岩石抗拉强度,超临界态CO_2有利于提高微孔隙/裂隙穿透性,提高岩石脆性和降低破裂压力。研究结果为页岩气CO_2干法压裂工艺优化提供了一定的实验支撑和理论依据。     

浸水条件对浅埋湿陷黄土隧道受力性状影响的大型模型试验研究

黄土隧道基底岩含水率发生变化会导致拱脚和墙脚失稳甚至坍塌,因此,黄土隧道尤其是整体处于湿陷性黄土地层中的隧道受力性状特性研究已经引起工程技术人员高度重视。为了研究湿陷性黄土地层隧道基底承载力及其湿陷变形问题,通过室内大型模型试验方法,研究了天然基底浸水和不浸水工况下基底受力变形性状。研究结果表明：隧道基底压力径向表现为非均匀分布,在仰拱中间位置处最小,墙脚位置处最大;隧道周边切向应力变化规律与径向应力变化规律基本类似,但变化幅度较小;隧道切向压力与径向压力基本一致,浸水完成后各测点应力值都有所增大。     

三维地应力测试系统及其在深部软岩中的应用研究

深部围岩大多软弱破碎,传统地应力测试方法难以成功实施。为满足深部软岩工程需要,采用基于流变应力恢复理论的三维测试系统进行地应力测试。该系统根据深部软岩在高应力下的强流变特点,辅以配套研发的孔内推送设备和数据采集装置,采用埋设压力传感装置的方法来测得岩体的应力状态。依托平煤五矿开展测试系统的试点应用,与空心包体应变计测试结果进行对比,并在十一矿实施了分布式工程应用。结果表明系统测得应力相较对比测值基本一致,且符合孔周岩体流变应力恢复规律,所选测试区域自重应力场均占有主导地位。因此可以说明测试结果准确有效,系统具备一定的长期稳定监测围岩应力场的能力。     

矿物粒径比引起的岩石微波照射效果差异

微波辅助破岩过程中,影响破岩效果的因素众多,矿物粒径特征是重要的影响因素之一。以主要由方解石和黄铁矿组成的岩石为研究对象,根据岩石中矿物实际比例大小,拟定了6种矿物粒径比方案,运用多物理场耦合分析平台COMSOL,建立反映矿物大小比例的分析模型,深入研究了不同方案下微波照射后岩石内部的电磁场、温度场、应力场以及塑性区分布特征和演化规律。结果表明：矿物粒径比对微波照射过程中岩石内部电磁场分布规律和量值影响较小。但岩石内部最高温度、温度梯度、第一主应力、最大剪应力均呈增大的变化规律;随矿物粒径比增大,岩石塑性区面积也越大,岩石内塑性区萌生时刻越早,在强吸波矿物内部受拉区面积显著增加,且面积占比越大。总体来看：粒径比越大,岩石内部矿物大小越不均匀,微波照射后岩石弱化程度越高,照射效果越好。     

千枚岩饱水状态下软化效应试验分析

陕西省汉中地区发育大量软变质岩,在雨水浸润的条件下极易软化造成边坡失稳破坏.以略阳县菜籽坝楔形块体的千枚岩为研究对象,设计了在不同浸水条件下的岩石直剪试验,揭示了千枚岩在水岩作用下的破裂形式及劣化效应.研究结果表明:在浸水条件下,岩石力学参数随浸水时间增加而降低,至14 d时变化微弱,逐渐趋于稳定;浸水初期颗粒间相互摩擦导致产生较多岩粉,浸水中后期颗粒在水岩作用下产生磨圆效应,颗粒间滑动使得岩粉明显减少;水岩作用对千枚岩力学特性的影响依次为:黏聚力>峰值应力>内摩擦角;根据扫描电子显微(scanning electron microscope,SEM)观察,得出岩石浸水软化是由微变形逐渐量化至宏观破坏的过程;千枚岩结构面粗糙度受水岩作用影响严重,是诱发陕南地区软变质岩滑坡灾变的重要因素.     

0-1混沌测试算法中振幅对混沌序列的影响

0-1混沌测试法是根据线性增长率K(c)值是否趋近于1或0来判断离散数据混沌性的新方法。选取Verhulst种群模型生成的3类时间序列(弱混沌、完全混沌、4-周期)为研究对象,验证了0-1测试法的有效性,对0-1测试算法中振幅α作了进一步探讨。结果表明:弱混沌序列K(c)值对振幅α最敏感,其次分别是强混沌序列和周期序列,K(c)值随振幅α变化的快慢可以反映序列的混沌程度。     

金能煤矿软岩掘进巷道变形破坏特征及控制技术研究

针对软岩巷道围岩在掘进过程中呈现出的顶板下沉量大、两帮收敛严重等特点,为解决巷道围岩稳定性控制的难题,以金能煤矿二采区1201工作面的运输顺槽为研究对象,基于工作面巷道工程地质条件,采用现场实测、数值模拟和工业性试验等方法,阐述了软岩巷道的变形破坏特征,提出了3种不同的围岩控制方案,利用FLAC3D软件模拟了该巷道围岩水平位移、垂直位移和塑性区分布情况,并进行现场测试。工程应用结果表明：“锚索+W钢带+U型钢+注浆”的支护方案效果明显,提高了围岩的承载能力,实现了巷道围岩的稳定性控制。     

岩石动态与静态弹性参数差别的微观机理

根据对岩石动、静态弹性参数的观测结果及岩石力学与岩石物理学的相关理论 ,对动、静态弹性参数差别的微观机理进行了分析。结果表明 ,动、静态弹性参数存在差别是由于岩石内部存在微裂隙与孔隙流体。在不同应变幅值和频率的动、静态载荷作用下 ,微裂隙与孔隙流体的微观变形特征不同。在静态大应变下 ,沿颗粒边界或裂隙面的摩擦滑动使岩石表观模量减小 ,而声波引起的应变很小 ,不足以引起这种滑动。另外 ,动态载荷下岩石处于“不排水”状态 ,并因“粒间喷流”引起模量频散 ,使得岩石动态模量高于静态模量