三峡库区消落带巴东组软岩抗剪强度劣化机理

三峡水库蓄水后,库区岸坡的消落带岩土体在库水周期性升降的作用下处于一种"干燥-浸湿"的循环状态。这种干湿循环作用将造成岩土体强度的劣化,并且随着劣化效应的增加,引起岸坡失稳,进而引发严重的地质灾害。以三峡库区巴东县巴东组第二段和第四段软岩为研究对象,在详细的野外调研基础之上,通过不同干湿循环次数下的软岩抗剪强度试验,模拟库水升降对软岩的水岩相互作用过程,探讨了巴东组软岩受库水"干燥-浸湿"循环作用下抗剪强度的劣化规律,利用X射线衍射方法对软岩的矿物成分进行分析,探讨消落带软岩的风化崩解机理。研究发现,巴东组第二段和第四段软岩分别在经历第1次和第3到5次干湿循环时,抗剪强度发生严重劣化;第二段软岩抗剪强度的劣化是由于蒙脱石遇水膨胀造成,第四段软岩抗剪强度的劣化是由于岩石中楔裂压力的发展造成。研究结果可以为岸坡稳定性评价提供理论依据。     

三峡库区丰都段泥质岩的工程地质特性及其水稳性分析

三峡库区丰都段基岩岸坡主要由J2—3泥质岩与砂岩互层组成。其中泥质岩(包括泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩)所占比例较大。根据野外调查和室内试验测试结果，三峡库区丰都段泥质岩普遍具有较高的成岩胶结程度，大部分泥质岩膨胀性弱或不具有膨胀性，因而具有良好的水稳性和崩解耐久性，并且随着粗颗粒含量的增大，泥质岩的水稳性明显提高。可以认为，三峡库区丰都段目前稳定的泥质岩岸坡在水库蓄水后仍将比较稳定。相对而言，粘粒含量较高的泥岩岸坡在水位波动带受干湿交替影响比较明显。     

巴东组紫红色泥岩干湿循环崩解特征试验研究

红层泥岩受水的影响易诱发多种工程地质灾害,开展红层泥岩干湿循环崩解性质的研究具有重要意义。选取三叠系巴东组(T2b4)紫红色泥岩开展室内干湿循环崩解试验,每次干湿循环后筛分试样,通过称量获得各组分质量,并用图像处理技术提取每次筛分后岩石块体的形态特征参数。以此为基础用分形几何、灰色关联理论研究红层泥岩崩解过程中颗粒的分形与形态特征,从而建立评价红层泥岩稳定程度的模型。研究结果表明:巴东组紫红色泥岩室内干湿循环崩解试验中,粒径大于10 mm的块体崩解剧烈,且崩解过程主要集中在前8次循环,经历12次循环后停止;崩解过程中红层泥岩的分布分形维数在前8次循环中增加迅速,与红层泥岩崩解程度的变化规律相对应,随红层泥岩停止崩解而稳定在2.20;各粒组颗粒圆形度与覆盖盒维数的变化特征与红层泥岩崩解程度的变化规律也具有对应关系,随其崩解的停止而逐渐趋于稳定;灰色关联结果表明:崩解过程中红层泥岩圆形度的变化特征能更好地反映其崩解的状态,对工程建设中红层泥岩稳定程度的评价具有一定的指导意义。     

库水波动带岸坡原位声波测试及劣化特性研究

为了揭示库水波动带内岩体在库水位周期性升降,干-湿循环条件下,其物理力学性质变化特征,掌握不同岩性的劣化改造过程和差异性。选择消落带内变形破坏强烈的侏罗系库岸斜坡,在宏观调查的基础上,运用单孔、跨孔声波测试方法进行原位试验测试,同时进行原位样品试件采集,运用干湿循环、力学测试、耐崩解等手段进行室内试验测试。原位单孔声波测试K_V值为0.2~0.51,跨声波测试K_V值为0.46~0.91,表明岩体横向完整性差,纵向完整性相对较好,并且消落带内岩体随着高程的降低,其岩体完整性呈下降趋势;试件力学测试结果表明,20次干-湿循环后其强度平均下降30%~45%,且摩擦系数和黏聚力参数均呈逐渐降低趋势;耐崩解性试验表明,干-湿循环条件下,岩石耐崩解性逐渐降低,5次干-湿循环后,试件耐崩解性指数降低量达3.1%~20.2%。试验结果均证实了消落带内岩体受库水影响强烈,岩体长期在干-湿循条件下,其物理力学性质呈降低趋势,不同岩性劣化程度不同,岩体总体向破碎、解体的趋势发展,并且具有渐进性和累积性。     

干湿循环作用下岸坡消落带土体抗剪强度劣化规律及其对岸坡稳定性影响研究

三峡水库蓄水运行之后,库水位每年都在145 m的防洪水位和175 m的蓄水发电水位之间或缓慢或快速地升降变化,岸坡消落带区域岩土体长期处于干湿循环状态,其力学参数的劣化规律将直接影响岸坡的变形稳定。基于此,设计并进行了典型岸坡消落带土体的干湿循环作用试验。结果表明:(1)在干湿循环作用过程中,土体抗剪强度参数劣化幅度非常明显,其中,前4次干湿循环作用导致的抗剪强度参数劣化幅度占总劣化度的75%左右,4次干湿循环作用之后,劣化趋势逐渐趋于平缓;(2)在干湿循环作用下,土样内部的微观裂纹、裂隙反复张开闭合,逐渐发育、汇集,土样由密实状态逐渐变为内部裂纹发育的松散状态,土样内部的损伤是导致其抗剪强度参数逐渐劣化的根本原因;(3)考虑干湿循环作用下消落带土体参数劣化时,岸坡消落带区域局部安全系数劣化趋势明显,总体趋势与消落带土体抗剪强度参数劣化规律一致,而且岸坡消落带区域附近的局部滑动迹象明显,这与现场踏勘所见到的该区域明显发育的裂缝、下挫现象是一致的。研究成果对库水作用下岸坡的长期变形稳定评价具有较大的参考意义,相关分析方法也可以为类似试验提供参考。     

岸坡消落带岩体劣化的新生型滑坡(崩塌)隐患演化模式研究

三峡库区岸坡消落带是库岸边坡稳定性的敏感地带。库区内多次发生的地质灾害均与消落带的岩体劣化有关。随着时间的推移消落带的岩体劣化情况日益加剧,新生型滑坡不断涌现。本文通过实地调查与室内分析,系统总结了三峡库区秭归至巴东段岸坡消落带岩体劣化的类型以及新生型滑坡隐患的演化模式。研究表明,区内消落带岩性主要以碳酸盐岩类和碎屑岩类为主,碳酸盐岩类劣化类型主要有溶蚀(潜蚀)、裂缝显化与扩张和机械侵蚀,碎屑岩类的劣化类型主要有松动(剥落)、冲蚀(磨蚀)、结构面崩解块裂和软硬相间侵蚀,其中以松动/剥落型最为发育。在此基础上结合结构面发育特征、岸坡结构、岩性及结构和边界特征,厘定了不同岸坡消落带岩体劣化演化形成新生型滑坡隐患点的模式,碳酸岩盐类岸坡主要以基座碎裂压溃型、基座掏空倾倒型、顺向滑移型为主;碎屑岩类岸坡主要以软硬相间坍(崩)塌型、视倾向楔形滑动型、顺向滑移型及逆向倾倒型为主。研究结果可为三峡库区地质灾害监测预警及防治提供技术支撑。     

三峡库区巴东组(T2b)紫红色泥岩工程地质特征研究

在三峡工程库区广泛分布一种三叠系中统巴东组的紫红色泥岩 ,在库区常被称为易滑地层。这种岩土体还具有一定膨胀性 ,致使一些边坡防护工程发生变形破坏。三峡工程库区移民区巴东、巫山、奉节等新城址出现的许多工程地质问题往往与此有关。本文在对巴东、巫山、奉节等地紫红色泥岩的基本地质特征研究基础上 ,对该地层的膨胀性、风化规律、水-岩相互作用等进行系统试验研究 ,为三峡工程库区滑坡防治和移民迁建工程提供科学依据。研究表明 :该地层粘土矿物含量一般为 1 7.9%左右 ,其中 ,有效蒙脱石含量一般在 1 .2 7～ 6 .0 1 %之间 ,混层矿物占粘土矿物的一半以上 ,具中 -强胶结 ,有弱膨胀性。岩石的风化以机械风化为主 ,沿剖面化学成分变化不大。沿剖面物理力学性质的变化除受风化作用制约外 ,受岩石颗粒组成的影响更为明显 ,因此可能出现深度异常现象。水对该地层岩石力学性质影响比较显著 ,应当特别关注水库蓄水初期库水位显著变化对边坡和地基土稳定性的影响     

三峡库区典型岩溶岸坡危岩体失稳模式和长期稳定性分析CSCD

三峡库区地质环境复杂,受库水位升降作用影响岩溶岸坡消落区岩体劣化,加快了岸坡不稳定性发展。文章以三峡库区黄岩窝危岩体为研究对象,现场详查了消落带岩体劣化现象,计算了危岩体的长期稳定性数值。研究表明:黄岩窝危岩体存在垂直岩溶带和底部渗流带;底部渗流带处于消落带部位,存在软弱区和岩体劣化现象。考虑库水位和暴雨时岩溶水压岸坡稳定性系数为1.69,危岩体处于稳定状态。随着岩体劣化导致底部软弱区岩体参数不断下降,稳定性系数年均下降约0.01。预测在约57个周期性水位变动之后黄岩窝危岩体变为欠稳定状态,62个周期后发生失稳破坏。危岩体的破坏模式是顶部出现岩块倾倒崩落和底部软弱区贯通之后发生滑移的复合式破坏,与野外调查定性认识基本一致。研究结果对库区类似的地质灾害预警和防治有着重要的指导意义。     

三峡库区巴东地区紫红色泥岩的崩解特性研究

在地制裁调查及大量岩土实验的基础上,研究了巴东县新城区中三叠统巴东组二段T2b^2紫红色泥岩的膨胀崩解特性。测定了强风化泥岩的矿物及化学成分,对岩石在不同状态和不同浸水时间条件下表现出的快速胀裂、崩解现象进行了细致观察,同时对不同浸水状态的岩石进行了强度试验,发现该区紫红色泥岩风化后具有微弱的膨胀性,以及沿微裂面快速崩解的特性,其膨胀崩解特性与岩石的物理状态密切相关。     

大坝运行对水库消落带土壤环境影响研究进展

水库消落带土壤环境对水库水位变化的响应非常明显。通过分析大坝运行下水库消落带土壤理化性质、重金属、微生物特性和土壤侵蚀变化特征,总结水位波动对消落带土壤性质的影响过程与趋势。研究表明水库消落带土壤历经长时期干湿交替过程后,其物理性质发生较大改变,但具体变化过程和趋势仍存争议。土壤化学性质中,碳、氮和磷元素迁移转化趋势明显,但各不相同。土壤重金属元素时空分异特征改变。土壤微生物总体上呈减少趋势,并且在海拔梯度上差异显著。土壤侵蚀是消落带面临的主要环境问题。未来应采用物理模型方法,定量分析水位与土壤性质相关关系,并加强对西南高山峡谷区高坝大库消落带的研究。     

Influence of cyclic wetting and drying on swelling behavior of mudstone in south west of Iran

Mudstone experience periodic swell and shrink behavior due to alternate wetting and drying cycles at arid and semi-arid regions with distinctive seasonal changes. This paper examines the influence of cyclic wetting and drying on swelling strain and swelling pressure to simulate the behavior of such rocks under heavy structures (such as building foundations) and behind the stiff support systems (such as concrete linings). Mudstone samples from Bakhtiari formation of Masjed-Soleiman region in south west of Iran were chosen to perform the laboratory tests. The swelling strain under different dead pressures and also swelling pressure under oedometeric condition were measured over time. The maximum swelling strain and pressure increased with each cycle but it had a bound. Increasing the number of wetting and drying cycles reduces the time required to reach ultimate swelling of mudstone. This is a very important conclusion which helps to determine ultimate swelling behavior in a faster way as opposed to performing standard swelling tests for very long periods. The laboratory’s results are also in good correspondence with field measurements.     

膨胀土强度干湿循环试验研究

通过南宁地区原状膨胀土干湿循环试验,探讨了膨胀土抗剪强度与含水率、循环次数、循环幅度等循环控制参数的关系。研究结果表明：膨胀土抗剪强度随干湿循环次数增加而衰减,最终趋于稳定,强度稳定值与稳定时所需循环次数均随含水率变化幅度的增加而减小。在此基础上,利用压汞试验测定了膨胀土干湿循环过程中的孔径分布,发现干湿循环对土的粒间联结产生不可逆的削弱,使得土体形成更大的孔隙空间,在高含水率时主要表现为集聚体间孔体积增加,在低含水率时集聚体内孔体积增加,从而降低土的抗剪强度。     

石灰改良红层无侧限抗压强度试验研究

红层是一种特殊岩土,作为路基材料时,常会导致不均匀沉陷、翻浆冒泥等病害。为改善其力学性质,工程上通常掺入一定剂量的石灰（Ca（OH）₂）进行改良。由于降水-蒸发的周期性变化,运营期间反复干湿循环作用对路基土的工程性质造成较大影响。基于此,结合室内无侧限抗压强度试验,研究了干湿循环作用对不同掺量的石灰改良红层无侧限抗压强度的影响。结果表明：在最佳含水率下,石灰改良红层的无侧限抗压强度随石灰掺量的增加而增大;干湿循环作用对改良红层无侧限抗压强度的影响与石灰掺量有关,石灰掺量较低时,改良红层的抗压强度随干湿循环次数的增加而减小,石灰掺量较高时,改良红层的无侧限抗压强度随干湿循环次数的增加而显著增大;未改良红层塑性较大,试样均为塑性鼓胀破坏,掺入石灰后,红层强度增大,脆性增强,呈脆性剪切破坏,经历干湿循环作用后,石灰改良红层试样呈多缝锥形破坏。     

水岩相互作用对砂岩单轴强度的影响研究

针对重庆地区的微风化砂岩,完成了1、3、6、10、15次的干湿循环,对循环后的试件(饱水状态)进行了单轴抗压和劈裂试验。试验结果表明,干湿循环对砂岩造成了不可逆的渐进性损伤,在15次循环后,单轴抗压强度损失达20.73%,抗拉强度达51.96%,弹性模量达33.79%,三者与循环次数之间有良好的对数关系。在干湿循环过程中,砂岩的强度损伤会出现拐点,这取决于水对砂岩的侵蚀程度。     

两种pH水环境干、湿循环作用对泥质砂岩的侵蚀研究

选取三峡库区某边坡的泥质砂岩为研究对象,分别对pH=3和pH=7溶液下干、湿循环作用的泥质砂岩进行电镜扫描试验（SEM）、4种围压下的三轴压缩试验,通过MATLAB软件处理得到不同pH值和干、湿循环次数下SEM图像的骨架面积比和分形维数。研究表明：在相同的干、湿循环次数下,pH=3酸性环境下的分形维数比pH=7的要大;分形维数与吸水率成正比例相关;与骨架面积、凝聚力成反比例相关;泥质砂岩在干、湿循环作用下的临界骨架面积比为0.55左右;提出了泥质砂岩在干、湿循环作用下的侵蚀度概念,计算并拟合了泥质砂岩的侵蚀度随干、湿循环次数变化的关系曲线;推导出凝聚力的损伤变量公式,为研究不同pH水环境对岩石的侵蚀作用提供参考依据。     

膨胀土干湿循环胀缩裂隙的定量分析

为研究膨胀土在降雨与蒸发过程中的胀缩裂隙演化规律,对原状膨胀土进行干湿循环的CT扫描试验。利用Matlab软件编写程序对土体CT图进行三维体重建以及裂隙信息的提取,从定性与定量的维度研究土体三维空间裂隙与干湿循环之间的关系。定性研究发现,裂隙发育开始于土体内部初始孔洞与微纹裂等薄弱处,并扩展延伸,形成裂隙面、裂隙体,最后形成复杂的三维裂隙网络;随着干湿循环的进行,裂隙面积和体积逐渐增加,最后趋于稳定。定量研究发现,裂隙面积沿试样轴向的分布具有明显的周期性规律,随着干湿循环的进行,周期逐渐减小,振幅A先增加后减小;裂隙开展分为3个阶段,即裂隙酝酿期、裂隙快速发育期和裂隙平稳发展期,而裂隙发育主要发生在裂隙快速发育期。得出了试样径向裂隙面积、轴向高度与累计干缩体变之间的近似关系,以裂隙体积定义了符合Logistic函数变化规律的扰动函数,可以预测裂隙在试样局部的发展及分布情况,为裂隙膨胀土的渗透特性以及整体与局部的应力、应变研究提供参考。     

鄂尔多斯盆地三叠系延长组层序地层格架与油气勘探

通过露头剖面、钻井岩心、录井剖面、测井曲线及微量元素等多种资料的综合分析,在识别出5种不同成因类型层序界面的基础上,将上三叠统延长组划分为区域上分布稳定的4个长期基准面旋回(LSC1、LSC2、LSC3、LSC4)。在此基础上详细讨论了层序与生储盖组合的关系,指出生储盖组合特征与长期基准面旋回最为密切,有利储层发育位置主要出现在基准面旋回上升半旋回的早中期以及下降半旋回的中晚期,基准面升降转换位置发育的湖相泥、页岩为良好的烃源岩及盖层。     

多次干湿循环后土-水特征曲线的模拟

目前对于土体的干湿循环过程中变形、强度变化规律研究较多,而对经过多次干湿循环后土-水特征曲线的试验研究较少。由于吸力平衡需要时间太长,对干湿循环过程中土-水特征曲线的研究也多限于单次的干湿循环试验。但考虑到实际岩土工程中气候条件的多变性和自然环境的复杂性,一般土体均要经历多次干湿循环,因此,对多次干湿循环后的土-水特性曲线研究显得非常重要。结合已有的试验数据总结脱湿曲线与吸湿曲线随着干湿循环次数的变化规律,通过引入一个与干湿循环次数有关的函数,提出能预测多次干湿循环后土-水特征曲线的方法。本方法仅需土-水特征曲线的首次干湿循环脱湿与吸湿曲线和塑性指数,就可以预测多次干湿循环后的土-水特征曲线。     

干湿循环下南阳膨胀土的土水和变形特性

对初始状态相同南阳膨胀土试样进行1～6次干湿循环,选取其中的1、3、6次循环后的试样,采用饱和盐溶液蒸汽平衡法测定其含水率、孔隙比、饱和度等与吸力的关系,并对比分析干湿循环对南阳膨胀土的持水能力影响。在1～6次干湿循环过程中,以环刀为参照物拍摄每次烘干后试样上表面照片,用数字图像处理提取图像中的裂隙与收缩面积,以此分析试样烘干过程中裂隙与收缩与干湿循环次数的关系。试验结果表明,干湿循环过程中相同吸力的试样含水率略降低、孔隙比略增大、持水能力略降低,烘干过程中试样收缩面积增大,裂隙展开面积增大,但上述性质变化幅度都随干湿循环次数增加而减小。试验成果为研究膨胀土的持水能力和湿胀干缩变形性质随干湿循环的变化规律提供实测数据。     

干湿循环下高庙子钙基膨润土持水和变形特性

膨润土因具有湿胀、干缩特性,其水力-力学性质易受干湿循环的影响。采用饱和盐溶液蒸汽平衡法研究了干湿循环对压实高庙子钙基膨润土持水特性的影响。对相同条件下制作的试样进行0～6次干湿循环,选取其中的原试样（0次）、循环3次和6次试样,进行蒸汽平衡法试验,测定其土-水特征曲线。同时,在0～6次干湿循环过程中,对每一次脱湿后试样表面采集图像,用数字图像处理技术提取了收缩及裂隙开展区域,分析得到收缩率与裂隙率。试验结果表明：随着干湿循环次数的增加（0→3次时）,土-水特征曲线向下平移、持水性下降、孔隙比增大、平均骨架应力减小,试样烘干时收缩率和裂隙率增加明显;但随着循环次数的继续增加（3→6次时）,持水性、收缩率和裂隙率趋于稳定。