红层岩土水理性质工程判别准则试验研究

为评价红层岩土与水相互作用程度,通过对红层岩土崩解性、膨胀性、胶结性、软化性、承载比等工程性质试验研究,提出了岩土水稳定性的工程分析思路,建立了崩解指标、软化系数、胶结系数、自由膨胀率、承载比软化系数等指标组成的红层岩土水稳定性综合判别标准,将红层岩土分为水稳定性强、水稳定性中等、水稳定性差三类。     

华南红层风化土崩解特性及其改性研究

红层风化土具有遇水崩解特性,水稳性较差,在华南湿热多雨的气候条件下,极易发生崩解破坏,故研究其崩解特性及其控制机理成为实际工程中关注的热点问题之一。针对当前对红层风化土崩解特性研究的不足,自行设计了一套崩解试验装置,开展了不同含水率及密实度条件下华南典型红层风化土的崩解试验,并从组分及组构的角度分析了红层风化土的崩解破坏机理,然后在此基础上,通过掺入高性能酯类材料进行土壤改性试验,探索了提高红层风化土抗崩解性的改性控制方法。结果表明:土体初始含水率愈低、密实度愈小,红层风化土的崩解性愈强,崩解速率愈快,破坏现象愈显著;崩解控制因素主要为土体矿物成分、化学成分、孔隙裂隙及胶结物特征等;高性能酯类材料可以增强土体颗粒间的胶结作用及团聚程度,从而提高土体的水稳定性,进而控制红层风化土的崩解特性。研究对揭示红层风化土遇水崩解特性及其崩解机理,并从土壤改性角度提高其抗崩解性具有一定参考意义。     

我国红层分布特征及主要工程地质问题

我国中新生代红层分布总面积约826 389km2,是工程建设中不可避免的岩土体。南方地区红层约占红层总面积的60%,以西南、中南地区红层分布较广,多为裸露型红层,受降雨等因素影响滑坡、风化等问题突出;北方地区红层约占40%,以甘肃以及蒙宁晋陕交界红层分布相对较多,多为埋藏型红层,工程地质问题具有隐蔽性。红层分布受控于分布区的区域断裂带,岩体结构破碎,水文网络发育,渗流、软化等问题突出。由于砂岩、泥岩、页岩、蒸发岩、杂色岩等多种软硬岩层互层结构和工程活动等因素的影响,沿着软弱结构面易发生滑坡、差异风化等工程地质问题。由于时代较新,岩土体的胶结性差,物理力学性能相对较差,岩石多属于软岩类别。稳定性差,易崩解软化。蒸发岩和红层岩土体中可溶成份在水作用下,容易发生岩溶、腐蚀、渗流等物理化学问题。建议在工程建设中将红层作为特殊岩体对待。     

红层泥质胶结物干缩裂缝深度与间距预测模型

红层泥质胶结物在干燥条件下会因含水率变化产生开裂,裂缝进一步发展贯通最终导致红层泥岩崩解破坏。目前对红层泥岩崩解机制的研究多为定性描述,缺乏定量分析方法。因此,定量研究红层泥质胶结物开裂的产生及扩展对深化红层泥岩崩解理论研究具有重要意义。基于线弹性断裂力学及非饱和土力学,建立了考虑含水率变化的红层泥质胶结物裂缝深度及间距计算公式,并对公式参数敏感性进行了分析。应用CT试验数据对PFC2D数值模型进行了校准,并基于干缩开裂数值试验结果,对裂缝深度及间距计算公式进行了对比验证。结果表明：提出的计算公式能较好地预测红层泥质胶结物的开裂深度及间距,裂缝深度随含水率减小呈先快速增加再缓慢增长的特点。研究成果有助于加深对红层泥岩崩解的量化理论分析,并为预测工程中红层泥岩的开裂程度提供参考。     

我国红层岩溶与红层岩溶塌陷刍议

中国岩溶地区面积广阔,岩溶地貌和现象类型多样。其中我国南方地区红层中出现的岩溶现象较为特殊:可溶岩类型复杂,成岩作用差,溶蚀机理多样,还易风化崩解。近年来红层岩溶塌陷多有发生,成为一个不可回避的问题。文章对我国红层岩溶与红层岩溶塌陷研究现状进行了系统梳理。红层岩溶主要存在于以可溶物质胶结的或含碳酸盐岩砾石的红色沉积岩为主的地区。红层岩溶的特点可以概括为:(1)可溶岩类型复杂,溶蚀机理多样;(2)成岩作用差,力学强度低,易风化崩解;(3)与地质构造密切相关。红层岩溶地区不但会出现覆盖型岩溶区的土层塌陷,而且由于其特殊的岩溶作用还可能出现基岩塌陷。根据红层岩溶地区地质结构,其塌陷模式可概化为红层上覆松散层塌陷、红层溶洞顶板垮塌以及红层整体垮塌三类。今后有必要从红层溶蚀特点和红层岩溶塌陷模式出发,开展红层溶蚀对岩溶塌陷作用机理的专项研究,为红层地区岩溶塌陷地质灾害的风险评估和防治处理提供科学依据和技术支撑。     

红层特殊岩土化学性质工程判别准则试验研究

为评价红层岩土化学特性对工程的影响,对红层岩土pH值、EC值、碳酸钙、芒硝、石膏等关键物质成分的变化规律进行了试验研究,提出了岩土化学稳定性的工程概念与分析思路,初步建立了pH值、EC值、碳酸钙、芒硝、石膏临界含量等指标组成的红层岩土化学稳定性综合判别标准,将红层岩土分为化学稳定性强、化学稳定性中等、化学稳定性差三类,为红层特殊岩土定量化评价与分类治理提供了参考依据。     

川西红层软岩崩解演变特征与微观响应机理试验研究

红层软岩透水性弱、亲水性强,受含水量和水热(温度和降雨)变化影响极易发生软化崩解,给红层软岩地区工程建设和地质环境带来挑战。为研究不同含水量和多种水热试验工况下红层软岩的崩解特征和微观机理,以川西金堂县和中江县两处开挖红层软岩边坡工程为依托,利用自制降雨装置和温控设备,开展不同梯度初始含水量红层软岩在多种水热试验工况下的循环崩解试验。从红层软岩宏观形貌演变、微观结构及矿物组成、崩解系数、R值(崩解质量损失率)和崩解后颗粒分析5个方面对红层软岩崩解情况进行了研究,试验结果表明:红层软岩宏观形貌演变特征与微观结构变化及矿物差异存在一定的对应关系;黏土矿物的含量是红层软岩发生崩解的主要内因且与崩解呈正相关关系;崩解程度与初始含水量及水热效应联系密切;两处红层软岩R最小/大值差距明显,分别为0.22%、0.05%和1.63%、2.17%;粒径分布对红层软岩的崩解程度具有较好的评价作用,崩解越强烈,大颗粒越少,小颗粒越多,小颗粒更集中于0.075~0.5 mm之间。崩解系数、R值和最终粒径分布曲线可以很好地结合起来对红层软岩的崩解进行量化分析,并与微观结构及矿物差异相联系解释红层软岩的崩解演变特征。研究成果可为金堂、中江及其他红层软岩地区的工程建设和地质评价提供一定参考。     

岩体完整性系数确定及应用中的几个问题探讨

岩体完整性系数是一个与岩体质量和强度有关的地质参数,用于岩体完整程度划分、工程岩体质量分级等方面。然而不同的规范在岩体完整性系数的确定和应用等方面存在分歧。本文分析了岩体波速测试方法、岩体风化状态对岩体完整性系数的影响以及岩体体积节理数与岩体完整性系数的关系,并对岩体完整性系数应用中存在的问题进行了探讨。确定岩体完整性系数时,若岩块与岩体弹性波速的测试方法不同,应进行修正。所测试的岩块与岩体应处于相同的风化状态。采用岩体体积节理数确定岩体完整性系数时应考虑岩体中结构面的张开宽度和充填情况。应注意区分规范中围岩工程地质分类与岩爆判别中的围岩强度应力比的不同地质含义。     

水岩耦合下的红层软岩微观结构特征与软化机制研究

水岩长期作用下红层软岩体现出成岩作用差、易风化、易软化崩解等特点,给软岩工程设计与施工带来挑战。以滇中红层软岩地区所取泥岩试样为研究对象,首先对自然和饱水状态下岩样进行单轴和三轴压缩试验,分析水岩作用下软岩的力学特性;然后采用X射线衍射技术对不同含水状态下软岩微观结构进行对比研究;最后基于试验结果对滇中地区红层软岩遇水软化机制进行了探讨。研究结果表明:水岩作用下软岩力学性质劣化明显,岩石峰值抗压强度显著降低,岩体破坏程度提高;软岩黏土矿物颗粒吸水膨胀,微观结构由致密的团粒状转变为疏松多孔的不规则片状和鳞片状结构;伊利石等黏土矿物与水反应,产生的不均匀应力和大量微孔隙导致软岩内部结构破坏;红层软岩的遇水软化机制包括软岩矿物的溶蚀和次生作用、黏土矿物的吸水膨胀与崩解、软岩与水作用导致颗粒间胶结连结破坏等。     

滇中红层软岩微观结构及水理特性试验研究

滇中红层软岩具有成岩作用差、易产生较大变形、遇水易软化、易崩解等特征,本文采用环境扫描电镜试验和水理特性试验,对红层软岩的微观结构特征,崩解、膨胀、软化等水理特性进行了研究。试验结果表明,红层软岩矿物粒间空隙大多被粘土矿物填充,粘土矿物以伊利石和蒙脱石为主,为混层结构,结晶程度相对较差,多数有蚀变的痕迹。具有微小裂隙的红层软岩在1~2次充分饱水烘干后,崩解性开始显现;随着干湿循环次数增加,岩样的质量变化呈减小趋势;干湿循环次数继续增加,崩解性指数趋于平缓。红层软岩由于风化作用影响程度和自然含水率的差异,岩体内部崩解张力具有明显不均匀性。经过自由浸水48h后,红层软岩的单轴抗压强度降低29.83%~58.47%,各地层软化系数在0.4~0.7之间,遇水后呈现显著软化效应。这些结果为红层软岩地区公路工程建设的工程地质研究提供了一定参考。     

红山窑膨胀红砂岩湿化特性试验研究

针对红山窑膨胀红砂岩具有微膨胀、易软化、易风化的特点,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、MTS815.03岩石力学刚性电液伺服试验机等先进的设备为测试手段,对3种不同风化程度的膨胀红砂岩湿化过程进行观察和机理分析,从试验和机理两方面探讨膨胀红砂岩的湿化性,从而进一步阐明红砂岩膨胀性、裂隙化具有本质的区别。试验结果表明：(1) 中风化红砂岩干燥时抗压强度为5.85 MPa,饱和试样为0.20 MPa,岩石本身强度随吸水率增加而明显下降,具有强烈的软化作用;(2) 膨胀红砂岩的湿化性随胶结系数的减小而愈加强烈,与红砂岩风化程度(埋深)无关。这些研究成果对红山窑水利枢纽工程红砂岩地基开挖易裂以及边坡表层溜坍预治具有较大的指导意义。     

岷江上游某水电站工程边坡软岩的崩解特性研究

工程边坡内软岩分布较广,可区分为泥化夹层、煤、炭质页岩、泥质粉砂岩等4种典型岩组。软岩的发育特征、空间展布形态、崩解特性直接关系到边坡整体稳定性和支护措施的方案设计。在重点研究F3断层、L9、L10、Lc、L11等软带内所发育的几种典型软岩岩组的崩解特性后,获知该类软岩极易吸水,遇水后发生泥化、软化和崩解。通过循环崩解试验,发现工程区内软岩的崩解度与泥质含量和崩解次数具有很好的相关性。同时,根据崩解度与崩解物形态,对软岩进行定性划分,分别定出Ⅴ类崩解岩和5种崩解破坏形式。最后就崩解机理作进一步地深入探讨。该成果为指导类似的工程边坡软岩的崩解性试验研究提供新的思路。     

致密砂岩储层孔隙结构成因机理分析及定量评价——以鄂尔多斯盆地姬塬地区长8油层组为例

利用普通薄片、铸体薄片、物性分析和压汞曲线等资料,对姬塬地区长8油层组储层的微观孔隙结构特征及其成因机理等进行了研究.结果表明沉积物在地质历史时期经历的压实、胶结、溶蚀和破裂等一系列成岩作用对储集岩孔喉特征影响显著,成岩作用的不均一性导致了储层宏观物性和微观孔隙结构的差异.通过视压实率、视胶结率、视溶蚀率和视微孔隙率等参数的计算阐明了压实、胶结、溶蚀等对排驱压力和分选系数等孔隙结构特征参数的定量控制.选取成岩综合系数作为成岩作用强度及其组合的定量表征参数,其与排驱压力、分选系数、储集层品质指数和分形维数等均具良好的统计相关关系,不同的孔隙结构类型具有不同的成岩作用组合特征以及成岩综合系数值,因此成岩综合系数可作为不同孔隙结构类型的定量表征参数.在对影响孔隙结构特征的成岩作用类型和强度组合深入剖析的基础上,通过成岩综合系数可实现储集岩孔隙结构的定性划分和定量评价.     

贵州玄武岩残积土崩解特性试验研究

完成了2种不同风化程度的玄武岩残积土的崩解特性试验,通过对原状、烘干lh、风干48h 3种情况下试块的浸水崩解曲线的分析后发现:棕红色残积土的崩解速度较快;由于含水率的不同,原状土完成崩解的时间最长,烘干1h的次之,风干48h的最短.不同条件下试块的崩解破坏形式是不同的,烘干、风干试样由于经历了干湿循环的作用而崩解速度...     

Strength and structure of laterites and lateritic soils

Ten soils from Puerto Rico representing various states of weathering were subjected to engineering index tests, strength and density measurement, mineralogic analyses, and scanning electron microscopy.Engineering classification systems used for temperate soils tend to underestimate the engineering behavior of these undisturbed lateritic soils and in the undisturbed state the soils exhibit low densities and high strengths.The engineering properties of the undisturbed soils show systematic trends in relation to the degree of weathering and the parent rock. For a given rock, the void ratio is decreased and cohesion increased as weathering proceeds. This is the result of increasing crystallization and cementation by the sesquioxides.The specific gravity of the solid particles is a promising index property to characterize these lateritic soils insofar as it reflects iron oxide content. The decrease in void ratio and increase in cohesion with increasing specific gravity suggests a model for the engineering classification of tropical soils.     

Fragility of a dark gray shale in northeastern Jamaica: effects and implications of landslip exposure

Rapid weathering of strong, hitherto un-weathered shale rocks was fast enough to have been measurable weekly (>4 mm depth per week). Regular early morning rain showers followed by hot, dry afternoons caused frequent wet/dry cycles which facilitated rapid slaking of the shale. Other landslips occurred concurrently on the south bank of the Wild Cane River, where the rock beds dip towards lower ground. Resistance to impacts in the rock fabric was equally low after decades, or weeks of exposure. It was concluded that the combination of high frequency wet/dry cycles on steeply dipping shale beds, and rock attitude caused very rapid weathering. Rapid slaking of the illitic shales could cause high turbidity levels in contiguous aquatic environments. Building foundations and roads could be rapidly de-stabilized even on such freshly exposed, apparently consolidated sites.     

鄂尔多斯盆地马岭油田长8_1储层不同成岩相类型可动流体赋存特征分析

针对鄂尔多斯盆地马岭油田长8_1储层微观非均质性强、微观孔隙结构复杂、流体分布特征差异性明显等问题,利用核磁共振技术对不同成岩相类型储层可动流体进行定量评价,辅助以常规物性、图像孔隙、铸体薄片、扫描电镜、高压压汞和恒速压汞等微观实验,分析不同类型的成岩相可动流体赋存特征差异性及其主控因素。研究结果表明,研究区主要分成四种成岩相,分别为绿泥石+伊利石胶结-粒间孔相、伊利石+高岭石胶结-粒间孔+溶蚀相、绿泥石+伊利石胶结-溶蚀相和碳酸盐胶结致密相。四种不同成岩相类型的微观孔隙结构有着明显的差异,微观孔隙结构差异是造成可动流体饱和度差异的主要因素。不同成岩相类型的储层渗透率与可动流体参数的相关性较强,储层物性越好,可动流体参数变化幅度越大;孔喉半径大小、孔喉半径比、分选系数、孔喉进汞饱和度以及粘土矿物的充填是影响不同成岩相类型可动流体赋存特征差异的主控因素。其中有效喉道半径、孔喉进汞饱和度、孔喉半径比是影响可动流体饱和度的主要因素,分选系数对可动流体饱和度影响较明显,储层物性对可动流体饱和度的影响较小。     

酸雨水化学损伤加剧粉砂质泥岩崩解机制研究

酸雨区泥质岩崩解相对于非酸雨区显著增强,但其机制尚有待进一步研究。以酸雨条件下水化学损伤的形成及其发展特性入手,选取典型酸雨区攀枝花市机场滑坡粉砂质泥岩,进行不同pH值条件下（pH=7、5、3）的耐崩解性试验。通过测定试验后崩解液离子成分变化、观察酸雨作用前后粉砂质泥岩薄片镜下特征、分析试样崩解破坏模式,探究酸雨水化学损伤加剧粉砂质泥岩崩解的细观机制;引入比表面积增量指标表征崩解残留物破碎程度,定量评价酸雨水化学损伤对粉砂质泥岩崩解的加剧效果。研究结果认为,粉砂质泥岩酸雨水化学损伤主要源于特定矿物的溶蚀,为其崩解劣化提供额外路径;随着崩解液pH值降低,粉砂质泥岩水化学损伤增强,崩解路径增多,崩解破坏模式发生转化,崩解残留物愈发破碎;采用比表面积增量指标可良好反映崩解残留物的破碎程度,崩解残留物愈破碎,比表面积增量指标值越大,粉砂质泥岩崩解程度越高。结论可为酸雨地区岩土体工程性质评价及加固设计提供理论参考。     

Study on the physical disintegration characteristics of Subang claystone subjected to a modified slaking index test

Some instability problems were found on natural or engineered slopes mostly lying on Subang claystones. The instability problems included excessive erosion, slumps and rock falls. The field performance surveys of the problems suggested that the claystones physically weather rapidly so that the rock properties they exhibit during excavation often change to properties with a more characteristic of soil. Such a phenomenon is generally known as a slaking process. In order to gain better understanding about the slaking of Subang claystones, a series of experimental laboratory studies were carried out involving a modified slaking index test. Claystone samples used in this study were obtained from their exposures along the Northern West Java area of Indonesia. Petrographic analysis was correspondingly performed to identify mineral and texture/fabric, and in turn, to determine the inherent factors of the rocks which might affect the slaking process. The stssudy results indicated that the claystones were characterized by high to very high slaking properties having a maximum slaking index (I_s) of 57.4% and a mean I_s of 43.8%. Major dispersion slaking on sample surfaces and high cracking in response to excessive swelling were recognized as main slaking modes within the claystones. All samples lose progressively less material through the five wet–dry cycles of a slaking index test, indicating a decelerated slaking rate. It was evident that the main inherent factors controlling the slaking process were expandable clay mineral smectite, non-clay mineral pyrite and soluble mineral calcite. Moreover, a quite important of inherent bonding material and stress release energy in the slaking characteristics of the claystones was revealed by a closure phase of an initial hairline crack during unloading.