红层泥岩水岩作用特征研究

红层是红色陆相沉积为主的碎屑沉积岩层,岩性以砂岩、泥岩、粉砂岩和页岩为主。该类岩层多为软岩与硬岩相间,呈互层状产出,层间结合力弱。受区域构造影响,岩层扭曲褶皱强烈,多中高倾角,结构面发育,有泥化现象。红层中的泥岩具有透水性弱、亲水性强,遇水易软化、塑变,抗风化能力弱,易崩解等特性。特别是遇水后岩体及结构面抗剪强度大幅度降低,并且具有遇水膨胀、失水收缩的工程特性。水岩作用对边坡的影响主要有,结构面遇水泥化导致楔形体失稳,泥岩塑性变形引起边坡蠕变,同时红层还具有很强的崩解性,边坡开挖后发生崩解等现象。     

颗粒破碎对绢云母片岩强度和变形影响的试验研究

为进一步弄清颗粒破碎对软岩粗粒料强度、变形的影响,开展2组不同初始干密度下的绢云母片岩粗粒料的固结排水三轴试验,分析了绢云母片岩粗粒料颗粒破碎规律,并探讨了颗粒破碎对绢云母片岩粗粒料力学性质的影响。结果表明,绢云母片岩粗粒料相对破碎率随围压的增加而增大,但颗粒破碎增幅速率受初始干密度影响较大,颗粒破碎与围压之间的关系可用线性关系描述;由于初始孔隙率的影响,使得试样在同一应力水平下高密度试样颗粒破碎明显高于低密度试样;颗粒破碎对高密度试样抗剪强度降低的影响高于低密度试样,导致两种干密度试样的应力-应变曲线在某处出现相交,最终出现初始密度低的试样抗剪强度大于初始密度高的试样抗剪强度的现象;高密度试样孔隙率较小,其剪胀因子一直保持在1附近,而低密度试样孔隙率较大,受颗粒破碎和剪胀的影响迟缓一些,低密度试样体变较高密度要大些,但整体上由于颗粒破碎和剪胀的影响,绢云母片岩粗粒料的体变均不大。     

试论四川盆地红层风化带裂隙水

一、红层水文地质条件 (一)岩性 四川红层含水层主要为粘土岩类(包括泥岩、页岩、粉砂质泥岩、钙质泥岩等)和碎屑岩类(包括粗、中、细粒砂岩,钙质砂岩,砾岩等)粘土岩类和碎屑岩的结构,构造及组合关系对岩体的     

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。     

三种红层岩石常规三轴压缩下的强度与变形特性研究

利用MTS815Teststar程控伺服岩石力学试验系统研究了川东地区一红层边坡中的砂岩、粉砂岩和泥岩围压为03MPa的应力-应变全过程曲线,建立了峰值强度、峰值强度前弹性模量以及峰值强度后的弹性模量和围压的关系。将低围压下红层的全应力-应变曲线概化成5个阶段,分别为压密段、弹性段、屈服段、应变软化段和塑性流动阶段。试验结果得出,红层弹性模量随围压的增加而提高且变化明显,砂岩和粉砂岩在此围压内为脆性破坏,泥岩为塑性破坏的规律。     

灌溉溶滤对西北地区红层风化泥岩不排水抗剪强度的影响

西北地区灌溉引发大量黄土-红层泥岩滑坡,其中快速滑坡的活动机理与灌溉溶滤后泥岩中易溶盐含量降低及其不排水抗剪强度密切相关。本文以兰州及其附近两处白垩系红层风化泥岩为例,探讨了溶滤后风化泥岩不排水抗剪强度的变化特征。结果显示,溶滤后风化泥岩不排水强度显著降低。其内在机理涉及两方面的水-土综合作用,其一,易溶盐流失,风化泥岩颗粒间胶结弱化,粗颗粒分散,粘粒增多;再之,粘粒增多后,泥岩内产生较高的孔隙水压力,有效应力随之降低。     

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。     

典型巴东组泥质粉砂岩双轴压缩试验细观组构特征

基于泥质粉砂岩室内双轴压缩试验，建立PFC_2D颗粒流数值模型，以此来探究泥质粉砂岩破坏的细观机理。考虑组成泥质粉砂岩试样的颗粒形状，根据电镜扫描图勾选出5种典型颗粒形状，与圆形颗粒一起生成给定孔隙率的稳定数值试样。颗粒间选用平行粘结接触模型，选取弹性模量、泊松比、峰值应力分别对饱和、天然状态的泥质粉砂岩试样进行不同围压下的细观参数标定，然后进行双轴压缩试验模拟，分析试样在双轴压缩试验过程中颗粒法向接触力、切向接触力、配位数、孔隙率等细观组构参数的分布特征和演化规律。试验结果表明:双轴压缩试验的细观参数标定可不考虑抗剪强度指标黏聚力c和内摩擦角ϕ值的影响。破坏前后，试样各方向统计范围内都存在法向接触力和切向接触力。围压的存在影响试样的起始配位数、孔隙率和试样破坏后的稳定配位数和孔隙率，对配位数和孔隙率的改变速率影响很小。试样空间孔隙率的演化在一定程度上反映了试样破坏时内部结构的变迁，能更加直观地反映试样的破坏模式。      

华南湘赣粤地区红层残积红土的工程地质研究

通过对红层残积红土的粒度成分、矿物成分、化学成分、物理化学特性、宏观结构、微观结构特征的全面系统分析，揭示红层残积红土不仅经历了物理风化作用，而且经受过红土化作用，具有红土的一般特点，是一种强度稍高，压缩性中等，含较多游离氧化物的超固结土。最后对红层残积红土的工程地质评价提出建议，认为其特性与母岩有关，砂砾岩、砂岩残积红土接近花岗岩残积红土；粉砂岩、泥岩残积红土接近红粘土，并对地基承载力和变形等问题提出具体的评价意见。     

华南湘赣粤地区红层残积红土的工程地质研究

通过红层残积红土的粒度成分、矿物成分、化学成分、物理化学特性、宏观结构、微观结构特征的全面系统分析，揭示红层残积红土不仅经历了物理风化作用，而且经受过红土化作用，具有红土的一般特点，是一种强度稍高，压缩性中等，含较多游离氧化物的超固结土。最后对红层残积红土的工程地质评价提出建议，认为其特性与母岩有关，砂砾岩、砂岩残积红土接近花岗岩残积红土；粉砂岩、泥岩残积红土接近红粘，并对地基承载力和变形等问题提     

软硬相间层状复杂岩体综合变形模量原位试验研究

某拟建大型电站坝基岩体为一套河湖相沉积岩,包含了砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩等多种岩性岩体。不同岩体变形参数各异,常规变形试验只能获得单一岩性岩体的变形模量,而这种软硬相间层状复杂岩体的综合变形模量是与单一岩性岩体变形模量、岩层倾角、岩层厚度多个因素相关的,如何通过试验获得这种复杂组合岩体的综合变形模量是一个重要问题。本文首先对坝址区不同岩性所占的比例进行了详细的统计,获得砂岩、粉砂岩和泥岩的厚度比为6:2.5:1.5,根据这一统计结果在坝轴线附近选择含有砂岩、粉砂岩和泥岩三种岩体的大型变形试验区,将承压板尺寸设定为200cm37cm,承压板就能同时覆盖砂岩、粉砂岩和泥岩三种岩体,且将其厚度比确定为6:2.5:1.5。通过在承压板上施加大荷载（250余吨）将应力传至下部多层岩体,从而获得软硬相间层状复杂岩体的综合变形模量。试验结果表明坝基弱下风化岩体的综合变形模量可达到7.0GPa,已经满足筑坝的要求。通过原位试验成功地论证了坝基岩体综合变形模量量值的问题。      

巴东组典型红层软岩单轴压缩试验细观组构特征

红色粉砂质泥岩和泥质粉砂岩是巴东组特殊性岩土的代表,具有遇水易崩解特性。根据岩样单轴压缩试验,基于PFC_2D程序,建立中硬岩、软岩单轴压缩试验数值模型;模型选用平行黏结颗粒接触模型。根据应力-应变曲线特征,采用分段定量参数标定法对软岩试样的细观参数进行标定;且通过调整法向和切向黏结强度比值σ_c/τ_c,控制试样单轴压缩破坏模式;分别对不同风化程度的粉砂质泥岩和泥质粉砂岩在饱和、天然状态下单轴压缩试验过程进行模拟;并分析了试验过程中颗粒法向接触力、切向接触力、配位数、孔隙度等细观组构参数的分布特征和演化规律。研究结果表明:该数值方法能够很好地模拟中硬岩、软岩的单轴压缩试验过程,除中风化粉砂质泥岩外,风化程度和浸水条件仅能影响试样颗粒接触力在统计角度范围的大小,不能影响其分布形式;同时,风化程度和浸水条件延长了配位数显著下降的加载时间,配位数随裂缝数量的增加而减小;浸水条件和风化程度对泥质粉砂岩的孔隙度演化影响较大;风化程度对粉砂质泥岩孔隙度演化影响较大,而浸水条件影响较小。      

苏南宁镇地区震旦纪至白垩纪的岩石力学性质的系统测试数据浅析

苏南宁镇地区,震旦系至第四系出露完整,研究程度颇深,诸地层的不同特征,以作为华南各地区地层对比之标准而著称。近几年来,随着大规模勘探工作的进行,宁镇地区地层的物性参数、电性参数和力学参数等各种资料,均在不断完善之中。本文试以该区震旦系至白垩系地层的岩石单轴抗压强度等的系统测试数据,对其有关的岩石力学特性进行粗浅地分析。     

Engineering properties and slope stability of lower coal measures rocks from monk wood cutting,Unstone-Dronfield by-pass,Derbyshire

This 30 m deep cutting has been the subject of a detailed geotechnical analysis, in view of mass-sliding wedge failures which had occurred in cuttings in similar geological situations in other parts of Britain.The sequence of rocks includes two coal seams, the upper being thin (0.3 m) and the lower thick (2 m), the latter with a recognisable seatearth (underclay). There is a thick sandstone at the top of the succession, with siltstone, mudstone and black mudstone also present.Both field and laboratory testing was carried out. The most probable failure mechanism within the more competent sandstone sequence to the south of the site would probably have been in the form of wedge failures on pre-existing discontinuities within the rock mass. It was necessary to evaluate the shear strength which could be mobilised along these planes and a field rock shear box was used. Drained-soil shear tests were also made on potential failure-surface materials, namely seatearth and clay shear zones. Weathered mudstone samples were tested to provide design parameters for the analysis of rotational slips. Additional laboratory testing carried out comprised bulk density, classification tests, slake durability and point-load indices. X-ray diffraction analyses were made on a range of materials such as seatearth, mudstone, shear zone and sandstone bedding-plane shear surface. This extensive test programme enabled parameters to be accurately determined for use in stability analyses. The latter show the critical effects of water conditions on the factor of safety.The performance of the cut has been monitored since early 1974 and no recordable movement has been noted.     

Mechanism of the Mudstone Tunnel Failures Induced by Expansive Clay Minerals

Expansive clay minerals can be a serious threat to underground rock structure because of their swelling behavior when absorbing water. Roof and wall collapse as well as large deformation were observed in Xiaotun Coal Mine, Guizhou Province, China. This paper studies the characteristics of expansive clays in order to understand the mechanism of the mudstone tunnel failures in the mine. The physical and mechanical properties of the tunnel surrounding rock samples, including mudstone, silty mudstone, argillaceous siltstone and fine sandstone were determined. X-ray diffraction analysis was conducted to determine the mineralogical composition while the scanning electron microscope was used to examine the internal structure of the different samples. The results indicate that the illite–smectite and the montmorillonite are the main minerals composing the rock samples. A series of micro-cracks and pores occur in the samples which suggest a good hydraulic conductivity. The results indicate that the mudstone has poorer mechanical properties in comparison to the fine sandstone. Also, the Flac3D numerical simulations were conducted and it was shown that the large deformations were consistent with the field observation due to weak mechanical properties of the surrounding rock under seepage action especially with the increase of water head and porosity. It is concluded that internal structure and mechanical strength of the mudstone is weakened by the illite–smectite and the montmorillonite mineral content as well as the combined action of underground water causing physical disintegration.     

海南岛万宁地区寒武纪地层及其沉积特征

海南岛万宁地区的寒武系为海南岛除三亚地区外迄今所见惟一有化石依据的寒武纪地层。该区寒武纪地层暂命名为美子林组,自下而上可分为３个岩性段：一段为滨—浅海相为主体的陆源碎屑沉积,厚度大于６７３ｍ ;二段为滨海—浅海相含灰质的细碎屑岩沉积,局部见灰岩条带,厚１５６ｍ 以上;三段以浅海—近滨相碳酸盐岩沉积为主体,主要为灰岩、泥灰岩、砂质—粉砂质灰岩、灰质粉砂岩,厚度大于１９６ｍ ,寒武纪瓶虫和海绵骨针化石即产于该段灰岩中     

张性断裂带内部结构特征及油气运移和保存研究

断裂带是一个宽度、长度和高度均与断距呈正比关系的三维地质体,具有典型的二分结构：即断层核和破碎带。断层核由多种类型的断层岩和后期胶结物组成,具有分选差,粘土含量高,颗粒粒径小等特征,表现为具有比围岩更低的孔渗性。破碎带同围岩相比发育大量的裂缝,裂缝的密度随着离断层核距离的增大而逐渐减小,孔渗性较高。断层岩类型取决于断移地层的岩性、成岩程度和断裂变形时期。对于同生断层而言,泥岩和不纯净的砂岩主要发生泥岩涂抹作用;纯净砂岩发生解聚作用,形成颗粒重排的变形带。中成岩阶段发生断裂变形,泥岩发生泥岩涂抹作用,不纯净的砂岩发生碎裂作用和层状硅酸盐涂抹作用,形成碎裂岩和层状硅酸盐 框架断层岩;纯净砂岩主要发生碎裂作用,形成碎裂岩。晚成岩阶段发生断裂变形,碎裂作用成为主要的变形机制,泥岩破碎形成大量断层泥,不纯净的砂岩和纯净的砂岩均形成碎裂岩,其中纯净砂岩形成的碎裂岩由于石英的压溶胶结变得更致密。因此不同成岩阶段、不同岩性形成的断层岩类型不同,泥岩涂抹的排替压力高于层状硅酸盐 框架断层岩和碎裂岩,即使都是碎裂岩,其渗透率相差7个数量级。从断裂带结构看油气运移和保存,断层垂向封闭主要靠剪切型泥岩涂抹的连续性,侧向封闭能力取决于断层岩物性,物性很高的碎裂岩自身封闭能力很差,依靠两盘岩性对接封闭油气,最小断距决定油水界面位置。物性很低的断层岩一般能封住一定高度的油气柱,其是断裂带中泥质含量的函数。断层在储盖层段变形机制差异,决定了断裂输导与封闭油气的耦合,即破碎带双向输导充注,盖层段剪切型泥岩涂抹顶部封闭,断层核遮挡成藏。     

Predicting mechanical properties and ultimate shear strength of gypsum,limestone and sandstone rocks using Vipulanandan models

ABSTRACT

In this study, over 1000 data from the literature was used to characterize and compare the density, strengths, modulus, fracture toughness, porosity and the ultimate shear strengths of the gypsum, limestone and sandstone rocks. The compressive modulus and Mode-1 fracture toughness of the gypsum rock, limestone rock and sandstone rocks varied from 0.7 GPa to 70 GPa, and from 0.03 MPa.m^0.5 to 2.6 MPa.m^0.5  respectively. Vipulanandan correlation model was effective in relating the modulus of elasticity, fracture toughness with the relevant strengths of the rocks. A new nonlinear Vipulanandan failure criterion was developed to quantify the tensile strength, pure shear (cohesion) strength and to predict the maximum shear strength limit with applied normal stress on the gypsum, limestone and sandstone rocks. The Vipulanandan failure model predicts the maximum shear strength limit was, as the Mohr-Coulomb failure model does not have a limit on the maximum shear strength. With the Vipulanandan failure model based on the available data, the maximum shear strengths predicted for the gypsum, limestone and sandstone rocks were 64 MPa, 114 MPa and 410 MPa respectively.     

层厚比对水平砂泥岩互层岩体抗剪强度参数的影响

现有标准规定砂泥岩互层岩体的抗剪强度参数,当层厚在5 m以下时按泥岩取值,对不同工程场景、不同的层厚比例关系未做进一步区分。引入泥岩层厚与砂岩层厚之比,即层厚比,利用FLAC3D建立不同层厚比的水平砂泥岩互层岩体三轴数值试验模型,探索了层厚比对水平砂泥岩互层岩体的抗剪强度参数和变形特征的影响规律。结果表明:当岩层总厚度不变,层厚比以0.75为界,当层厚比小于0.75时,层厚比越小岩体黏聚力越大,反应砂岩对岩体黏聚力有增大效应,在此区间内水平砂泥岩互层岩体黏聚力可按1～4倍的泥岩黏聚力取值;同样,岩体内摩擦角仅按泥岩取值也不客观,但其随层厚比的变化规律不明显。当层厚比大于0.75时,水平砂泥岩互层岩体抗剪强度参数按泥岩取值是可行的。当层厚比不变,层厚对水平砂泥岩互层岩体的抗剪强度参数有明显影响,层厚比小于0.2时,互层岩体的黏聚力随层厚变化较大;层厚比大于0.2时,互层岩体的黏聚力随层厚的变化较小,可按泥岩取值。层厚比小于0.75时,互层岩体的内摩擦角随层厚变化较大;层厚比大于0.75时,岩体内摩擦角随层厚的变化较小,可按泥岩取值。水平砂泥岩互层岩体的变形特征也同岩体层厚比和层厚有关。层厚比较小时,岩体变形发生在砂岩层,破坏范围较大;随着层厚比的增大,其变形破坏发生在软岩部分,硬岩部分基本不出现变形或出现少量变形;若岩体层厚比不变,层厚减小,岩体的变形范围变大。