降雨作用下冰水堆积体角砾土强度变化的微观机制

利用现场剪切试验、X射线粉晶衍射、电镜扫描及土水化学效应试验等手段探讨了降雨作用下欢喜坡冰水堆积体角砾土强度变化的微观机制。降雨对冰水堆积体角砾土的抗剪强度有着显著的影响,其饱和状态的黏聚力和内摩擦角比天然含水率情况分别降低64.3%和22.5%。降雨溶浸后,角砾土微观结构变得松散、黏聚力降低,其强度衰减的微观机制可概括为黏土矿物吸水膨胀,钙镁质胶结物溶解,离子交换吸附和角砾与水的微观作用,其主要表现为:黏土矿物吸水膨胀,粒间孔隙增大,其形态由絮凝状变为似层状或分散状;钙镁质胶结物溶解导致溶液中Ca2+、SO₄2-浓度出现明显增加;离子交换导致Na+浓度增大,黏土颗粒表面扩散层变厚,粒间引力减小;角砾与水的微观物理化学作用导致其粒间接触面粗糙度降低。     

降雨作用下欢喜坡冰水堆积体角砾土强度特性

为探究降雨作用下欢喜坡冰水堆积体角砾土的强度变化规律,进行了天然和4种不同降雨历时条件下的角砾土现场剪切试验,并结合土水特征曲线探讨了该类特殊土体的非饱和强度特性。降雨作用对欢喜坡冰水堆积体角砾土的抗剪强度有着显著的影响,其近似饱和时的黏聚力和内摩擦角比天然含水率情况分别降低64.3%和22.5%;降雨入渗使角砾土基质吸力迅速降低,因此在短时强降雨条件下会导致角砾土抗剪强度丧失过大,容易诱发浅层土体滑坡;建立了欢喜坡冰水堆积体角砾土非饱和黏聚力与含水率参数χ(w)的关系式,实际应用时可采用多项式函数来确定χ(w)。     

差异含水率下全风化混合花岗岩抗剪强度与微观结构试验研究

全风化混合花岗岩是一类成因极为特殊的岩石,当前对其力学性质和微观结构研究极少。为探究临沧全风化混合花岗岩宏观强度特性与微观结构间的联系,对不同含水率试样开展三轴试验和扫描电镜测试,提取计算表征颗粒和孔隙尺寸、形态与定向特征的微观结构参数,对比分析这些微观结构参数的变化规律,揭示了控制全风化混合花岗岩宏观强度特性的微观机制。研究结果表明：随着含水率升高,试样应力-应变曲线表现出差异化的硬化特征,抗剪强度显著劣化,内摩擦角呈线性趋势衰减,而黏聚力则上下波动;低含水率状态下,试样孔隙分布以微、小孔为主,颗粒形态多为角状和次角状的长条形且具有一定的定向性;随着含水率升高,孔隙含量呈上升趋势,形成了分布均匀的蜂窝状中、大孔且在轴向荷载作用下更容易被压缩,颗粒的形态向圆形发展,整体分布表现为混乱无序,定向性较差。全风化混合花岗岩的力学性质表现本质上是微观颗粒、孔隙结构相互作用的结果,含水率升高弱化了粗颗粒间的摩擦性,黏土颗粒遇水产生不均匀膨胀,在微观层面上直接导致孔隙的贯通、粗化以及充填结构的损伤、破坏,继而在宏观层面上表现出力学性能下降。研究成果为全风化混合花岗岩力学性质及微观结构损伤演化的认知...     

红层软岩微观结构与抗剪强度关系实验分析

红层软岩属于滑坡、崩塌灾害的易发地层,岩石的微观结构特性对其宏观力学强度有着重要影响。对四川省屏山县和云南省绥江县采集的侏罗系红层砂岩、粉砂岩和泥岩样品进行了扫描电镜观察及变角模抗剪强度实验。基于MATLAB数字图像处理技术,提取了红层砂岩、粉砂岩和泥岩的微观结构参量,即孔隙率、颗粒磨圆度、颗粒定向度及欧拉数的量化值,进一步分析了上述各参量和抗剪强度的定量关系。研究结果表明：红层软岩的抗剪强度和孔隙率呈负指数关系,和颗粒磨圆度、定向度呈负相关线性关系,和欧拉数呈正相关线性关系。     

典型冰水堆积体浪蚀作用下变形破坏机制研究

大渡河中游沿岸中海拔地区广泛分布的一层冰水堆积体大多具有较为密实的结构和一定程度的胶结, 在风浪作用下的变形破坏机制与其他堆积体存在较大差别。通过对某电站库区高速公路冰水堆积路基岸坡调查和试验分析认为, 该冰水堆积体属级配良好的含细颗粒的粗粒～巨粒混合土, 颗粒之间嵌合紧密, 一般呈中密～密实状, 具有不同程度的泥质、钙质胶结, 其强度明显较其他松散堆积体高。通过采用地质过程定性分析和有限元半定量评价相结合的手段对该冰水堆积体在风浪作用下的变形破坏机制进行了分析和研究, 认为该类冰水堆积体在风浪作用下主要表现为淘蚀- 坍塌型失稳模式。     

孔隙水压作用下岩石抗剪强度参数计算

为了研究孔隙水压作用下岩石抗剪强度参数,进行了不同岩性岩石、不同孔隙水压条件下的三轴压缩试验,研究了抗剪强度参数计算方法.通过最小二乘法计算了采动岩体不同孔隙水压条件下黏聚力和内摩擦参数.研究表明:随着孔隙水压的增大,岩石黏聚力降低,当孔隙水压增至9MPa时,破坏岩体黏聚力降低至0MPa;细砂岩和粗砂岩黏聚力水压效应符合指数关系,随着水压的增高,黏聚力水压效应强度降低;除灰岩外,岩石内摩擦角随着静水压力的增高而降低.研究成果能够为分析孔隙水压下采矿围岩破坏规律提供依据.     

干湿循环作用下红土抗剪强度与微结构关系研究

针对云南红土型水库因水位升降引起库岸土体干湿循环的客观实际,研究干湿循环作用下库岸红土抗剪强度与其微结构的变化规律,揭示二者之间的内在联系,为研究红土型库岸失稳提供依据。通过红土试样的干湿循环试验,模拟水库蓄水和库水位反复升降引起的库岸红土干湿循环作用。结果表明:（1）在一定初始干密度条件下,红土的黏聚力、内摩擦角和抗剪强度均随干湿循环次数的增加而非线性减小,但在干湿循环次数约10次时趋于稳定。（2）干湿循环作用导致红土微结构发生变化。当初始干密度分别为1.2,1.3,1.4 g/cm3、干湿循环次数达10次时,试样红土颗粒数量降幅依次为45.4%,38.2%,35.7%;孔隙率增幅依次为52.6%,45.9%,40.4%;孔隙面积增幅依次为64.4%,58.2%,50.8%。（3）在干湿循环作用下,红土黏聚力与红土颗粒的定向度和平均圆形度呈正相关关系,相关系数R分别为0.985和0.923。内摩擦角与孔隙率和孔隙面积呈反相关关系,相关系数R分别为-0.936和-0.912。干湿循环作用导致红土微结构的改变,从而引起红土宏观力学性质的变化。     

岩体结构面抗剪强度综合评价

结构面抗剪强度参数是工程岩体稳定性分析和加固治理方案设计的重要指标。本文系统总结了岩体结构面粗糙度系数的各质异性、各向异性、非均一性和尺寸效应特征,回顾了结构面粗糙度系数测量仪器研制过程和结构面粗糙度系数测量技术发展历程,介绍了岩体结构面抗剪强度综合评价的具体步骤,并通过试验对比分析了岩体结构面抗剪强度综合评价方法的可靠性。     

桂北硅质岩结构面抗剪强度研究

在广西壮族自治区桂林市天门村进行了硅质岩结构面强度的原位试验,结合现场调查,基于Barton模型,估算了硅质岩结构面抗剪强度。结果表明,硅质岩结构面的剪应力-位移曲线呈现出塑性变形的特征,剪切过程具有爬坡、空化、剪胀的特点。剪切曲线分为剪胀、剪断凸台和完全接触三个过程。结构面受剪力初期,剪应力上升较快,剪切位移随剪应力的增大而几乎呈线性增大,处于弹性状态;随着剪应力的不断增大,在剪切面处发生爬坡作用和啃断作用这两种力学效果;当将结构面上的凸台被啃断后,剪应力上升的梯度变小,直至峰值强度,处于完全接触状态。原位试验得到的抗剪强度参数与Barton模型计算的结果具有较好的一致性,但Barton模型参数的确定带有很强的主观性而造成的误差较大,导致其计算结果偏小,因此在没有经验值和相关工程参考的地区进行现场大剪试验是十分必要的,既保证了工程的可靠性,又避免过于保守,本次实验的结果为类似工程的取值提供了参考。     

冻融循环作用下细粒土抗剪强度特性试验研究

细粒土在季节变化条件下的冻融循环造成了其物理力学性质的改变,给实际工程施工带来危害.通过室内均匀正交试验设计,对不同含水量、密实度、易溶盐含量和粘粒含量的细粒土进行冻融循环试验,研究了不同状态下细粒土在冻融循环作用下抗剪强度的变化规律;运用PPR对试验结果进行分析,得出试验各因素对细粒土抗剪强度指标C、Φ值影响变化的重要性排序.     

基于数字图像分析的冰水堆积体结构建模与力学参数研究

冰水堆积体是一种典型的混合介质,由软弱“土”与坚硬“石”构成,其参数选取和分析方法困难。利用数字图像重构方法模拟冰水堆积体结构特征,可反映块石分布特征;以基于图像识别的块石分割和颗粒离散元建模分析方法,研究了堆积体内介质分布、土体颗粒强度对混合介质力学参数的影响规律,分析了冰水堆积体变形、峰值抗剪强度及峰后段抗剪强度的变化规律。结果表明：冰水堆积体混合介质在峰值前的变形曲线呈非线性硬化性,峰后呈现塑性特性,其综合抗剪摩擦角随基质土的黏结强度提高而降低;当块石含量小于25%时,抗剪切强度近似等于基质土强度,块石含量高于25%时,抗剪切强度随块石含量增加而提高;由于受块石空间分布影响,块石含量与摩擦角间的相关性要比其与黏结强度间的高;该成果应用于云南古水水电站坝前冰水堆积体发现,含块石混合介质内摩擦角比纯土高0°～8°,与工程判断较吻合。该方法能弥补室内试验不能考虑大尺寸块石的困难,可作为室内试验获取力学参数方法的有益补充。     

含水率对分散性土抗剪强度特性影响的微观解释

分散性土作为一种水敏性特殊土,具有遇水失稳解体的特性,该特性对水利和岩土工程极为不利。为了加强分散性土力学强度及力学强度影响机理方面的研究,以吉林西部乾安地区分散性土为研究对象,通过直接剪切试验和扫描电子显微镜（SEM）分别对不同含水率（5.0%~24.0%）的重塑试样的抗剪强度（垂直压力50、100、200和300 kPa）和微观结构进行测试与观察。结果表明：1）含水率的增加会导致剪应力-剪切位移曲线从应变软化向应变硬化转变,过渡区间为8.0%~11.0%,转变优先出现在高垂直压力下。2）随含水率的增加,内聚力总体呈下降趋势,拐点含水率分别为17.0%和23.0%,内摩擦角则表现出减小—增大—减小的规律,拐点含水率分别为11.0%和17.0%;内聚力的变化受盐分赋存状态和含水率共同作用,内摩擦角的变化受内聚力和黏滞阻力共同影响。3）在Na⁺作用下,随含水率的升高,黏粒结合水膜迅速增厚,结构单元体逐渐解体,颗粒的胶结作用逐渐减弱;结构单元体由大颗粒向小颗粒转变,土体孔隙由大孔隙向小孔隙发展。4） SEM图像定量分析提取到的土颗粒结构单元体形态参数与抗剪强度表现出良好的相关性（显著性水平p<0.05）,表明抗剪强度的降低是含水率引起分散性土微观结构单元体变化的宏观表现。     

三峡库区侏罗系不同类型结构面抗剪强度对比

三峡库区侏罗系是典型的软硬相间地层,其软弱层具有亲水性强、透水性弱等特殊的工程地质特性,是库区常见的易滑地层。选取三峡库区秭归县马家沟滑坡所处地层岩体结构面为研究对象,采用室内岩体结构面直剪试验,对4种不同类型结构面的力学特性进行了研究。通过对试验数据的统计分析,绘制了各种结构面的剪应力–正应力关系曲线图及剪应力–剪切位移关系曲线图,从而获得了形成于同一地层中的4种不同结构面的抗剪强度参数,并对其剪切特性进行对比分析与研究。以结构面直剪试验结果为依据,初步分析了该地区某一典型边坡的稳定性及潜在滑动层面,为后期边坡的稳定性评价提供可靠性基础参数。     

冰水堆积体隧道围岩分级与支护力确定方法

为定量评价冰水堆积体围岩参数,提出一种冰水堆积体围岩快速分级方法,并给出冰水堆积体的变形控制标准,主要包括：（1）根据规范的相关计算方法,结合国外相关规范与冰水堆积体的基本特性和地貌特征,对设计阶段围岩进行分级;（2）根据土体密实状态、细粒含量以及细粒含水率,对施工阶段围岩进行分级,将冰水堆积体分为3个基本等级,4个亚级;（3）根据地下水与围岩胶结情况提出最终的围岩分级;（4）基于冰水堆积体隧道围岩分级,计算了不同围岩等级下的围岩特性曲线以及隧道允许变形量,从而提出基于允许变形量的隧道支护力确定方法。研究成果可以为冰水堆积体隧道围岩的分级、支护力的确定等提供参考。     

碱污染红黏土抗剪强度及破裂面微观结构特征研究

碱污染使得贵州某铝厂地基红黏土孔隙比、比重和塑性指数降低。本文结合实际污染液质量分数及入磨母液为污染源,考虑时间和质量分数效应,对碱污染原状红黏土通过室内直剪试验,研究其抗剪强度的变化。并从碱污染红黏土剪切位移为4 mm时破裂面的微观结构入手,对其微观孔隙、颗粒进行定性和定量分析,探究其剪切破坏时的破裂方式。结果表明:高质量分数下,抗剪强度整体增加,土中多为惰性孔隙,孔隙方向性较好,颗粒变得较为狭长;入母液下,抗剪强度整体增加最多,土中几乎全为惰性孔隙,孔隙方向性最好,颗粒最为狭长;低质量分数下,抗剪强度整体减少,土中内活性孔隙仍较多,孔隙方向性较差,颗粒仍保持较好圆度。为碱污染红黏土的改良以及宏-微观的定量化研究提供一定的参考。     

不同连通率下非贯通硬性结构面抗剪强度参数变化规律研究

岩质边坡边界多由结构面控制,天然结构面一般是非贯通的,研究非贯通结构面力学参数和取值具有重要意义.采用水泥砂浆制作非贯通结构面试样进行剪切试验,研究c、φ值与连通率k值的敏感性程度,建立c、φ值与k的相关性模型,通过试验数据对预测模型进行验证.结果表明:c值对k值的敏感性程度相对较高,c、φ值均与k值呈一种负相关的指数...     

残积土抗剪强度的环剪试验研究

残积土风化剧烈,研究其大变形下的工程特性很有必要。利用环剪仪的试验特点,可以研究土体在较大剪切位移下抗剪强度的变化规律。通过对残积土残余和峰值强度的环剪试验测定和对试验数据的整理与对比分析,得到了含水率与残余强度指标之间的关系,证明大变形下残积土具有浸水软化的特性;从应变阈值角度分析了残积土应变软化的性质,不同剪切位移下的残积土具有不同的抗剪强度,所研究的残积土达到峰值强度对应的应变介于0.02～0.06之间,而到达基本稳定的残余强度所需要的应变介于0.06～0.20区域内。研究还发现,矿物成分不同直接影响到残积土的残余强度,是残积土不均匀性的内部因素     

降雨作用对欢喜坡冰水堆积体斜坡稳定性的影响研究

为研究降雨对岷江上游冰水堆积体斜坡稳定性的影响, 本文以欢喜坡为例, 基于现场降雨模拟试验, 完成渗透、含水量及抗剪强度等一系列试验, 运用SEEP/W模块和SLOPE/W模块进行耦合, 以分析降雨强度和降雨历时对该类型冰水堆积体斜坡稳定性的影响, 研究结果显示:(1)欢喜坡冰水堆积体黏土矿物含量高达50%以上, 饱和后含量可达85%以上; 角砾土具有孔隙发育、级配不良的特点, 双环渗透试验与降雨试验结果具有较好的一致性, 综合确定角砾土渗透系数为1.315×10-3 cm·s-1, 属中-弱透水介质。(2)角砾土天然状态下抗剪强度较高, 含水率对其抗剪强度影响明显, 从天然到饱和状态, 黏聚力c衰减率明显高于内摩擦角φ, 黏聚力c衰减可达64.4%, 而内摩擦角φ仅降低22.5%;(3)在一定降雨强度条件下, 斜坡体稳定性系数随降雨持时的增加不断降低; 降雨持时相同时, 降雨强度越大, 坡体稳定性降低幅度越大, 但稳定性出现陡降的时间拐点提前。