膏溶角砾岩侧限膨胀特性试验研究

研究了膏溶角砾岩的侧限膨胀特性及其影响因素。这种岩石受到扰动后可吸水发生膨胀变形使其结构发生变形甚至破坏。通过GDG高压固结仪采用平衡加压法和充分膨胀法研究了侧限情况下岩石的膨胀力指标, 解释了充分膨胀法膨胀力指标大于平衡加压法膨胀力指标的原因。通过试验研究了供水充足条件下膏溶角砾岩侧限自由膨胀变形演化规律, 阐述了膏溶角砾岩侧限膨胀变形的影响因素。岩石试样采自山西石太客运专线太行山隧道, 试验结果表明, 膏溶角砾岩的膨胀特性不同于常规的膨胀岩, 其轴向膨胀变形随含水率增加而增加, 随密度增大而减小。     

鲁西南地区红层软岩水岩作用特征与工程应用

鲁西南各断块盆地中广泛分布有侏罗、第三系的紫红色、杂色砂砾岩,岩石呈固结半固结状态,遇水后发生渗透、膨胀、崩解和软化等失稳现象,对煤矿建井及煤矿开采带来重大威胁。本文采用X衍射仪、扫描电镜、压汞仪及液压伺服机等手段进行了红层软岩的物质组成、微孔结构及渗透性的试验研究,探讨了红层软岩的渗透机理及遇水失稳机理,并结合实例进行了工程应用分析。     

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。     

膨胀土胀缩变形规律与灾害机制研究

采用普通固结仪和收缩仪分别进行蒙自重塑膨胀土浸水膨胀变形试验和膨胀土失水收缩变形试验,系统地研究了不同初始状态下膨胀土胀缩变形规律与致灾机制,并应用Does Response模型,定量模拟了膨胀土胀缩时程规律。研究表明,蒙自膨胀土胀缩变形差异较大,一般吸水膨胀率远大于失水收缩率,相似状态下试样膨胀系数越大,收缩系数亦越大,表现出较强的各向异性;膨胀土含有的大量细小黏土颗粒与较强的蒙脱石晶体矿物及显著的微结构特征,是其产生强烈胀缩变形灾害的内因与本质,而土中发育的微孔隙-裂隙结构及其初始状态,是发生胀缩变形灾害的外因。     

不同压实度荆门弱膨胀土的一维膨胀-压缩特性

为探讨压实膨胀土的体变行为,以荆门弱膨胀土为研究对象,借助高压固结仪对6种制样压实度下的膨胀土试样进行了一维无荷载膨胀和含一次卸载-再加载循环的压缩试验。基于膨胀试验结果,构建了膨胀时程方程,通过参数分析,明确了方程参数的物理意义,并建议了膨胀时程曲线3阶段的划分方法。基于压缩试验结果,探讨了固结屈服应力、压缩指数Cc、回弹指数Cs、膨胀力与制样压实度、土体结构性、膨胀势、孔隙比的相关关系。试验结果及其分析表明,膨胀土体积变化是膨胀势与外部荷载、湿度变化的耦合作用结果,且具有强烈的水-力路径依赖性。     

K0及三轴应力状态下压实膨胀土膨胀模型研究

以不同初始压实状态下的南阳中膨胀土为对象,在常规固结仪上开展侧限膨胀试验及采用GDS三轴仪进行恒定偏差应力的三轴膨胀试验,通过多元非线性拟合分析,分别获得考虑初始压实度、含水率、上覆压力耦合关联影响的K0膨胀模型以及体积膨胀率与球应力（体积应力）关系的三轴膨胀经验模型。基于K0膨胀模型,提出了压实土膨胀潜势能的定量计算公式,并推导出膨胀土边坡处理层厚度的理论计算方法。基于膨胀体积应变只随球应力变化而不受偏差应力影响的假设条件,分析了同一起始条件下,膨胀土K0模型与三轴膨胀模型的内在关联,并建立了通过K0模型推算三轴应力条件下体积膨胀率的理论方法。试验结果表明：采用多因素耦合的K0膨胀模型预测压实土膨胀势具有较好的准确度及合理性;联系K0模型与三轴膨胀模型的纽带在于假设侧限膨胀全程存在一个平均静止侧压力系数,采用反演方法得到平均侧压力系数呈现随上覆压力增大而减小的趋势,这种变化规律的根本原因则在于侧向膨胀力随上覆压力的增大而减小。     

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。     

水热交替对红层泥岩崩解的影响

在既有研究基础上,应用岩石热物理学、毛细作用原理重点探讨了温度、水等因素的湿热交替效应对红层泥岩崩解过程的影响,尤其是水侵入前红层泥岩的结构状态以及水热交替等因素对红层泥岩崩解的促进作用。研究表明:在周期性热应力的影响下,在红层泥岩表层0.3～0.4m深度以上产生较大热应力,导致岩体内部裂隙发育,为水的侵入创造了结构条件;水热交替是导致红层泥岩产生迅速崩解的主要动力;红层泥岩有效崩解深度为20～30cm/a;红层泥岩的崩解过程可以分为开挖揭露、温度效应、水的作用、干湿循环（时间效应）、剥落作用五个阶段,是水、热、力等因素综合作用的结果。     

循环荷载下弱膨胀土累积变形与动强度特性试验研究

弱膨胀土经防水保湿处理后可作为路基填土,而目前对其动力响应特性研究较少。为深入分析合肥地区弱膨胀土动力特性,利用GDS动静态真三轴仪对土体进行循环动荷载试验,研究了不同围压、固结应力比及动应力幅值对土体累积变形及强度特性的影响规律。依据试样在不同围压、固结应力比、动应力幅值下的累积变形,建立了弱膨胀土累积变形预测模型。根据应变速率将弱膨胀土累积应变曲线划分为稳定型、破坏型和临界型,并给出判别标准。分析了不同围压、固结应力比下弱膨胀土动强度变化规律,在固结应力比超过1.5时土体强度明显下降,动黏聚力c_d随循环破坏振次lg N_f增大呈线性减小,动内摩擦角φ_d随循环破坏振次增大略微减小。该试验结果可为相关工程提供基础数据与参考。     

红山窑风化红砂岩膨胀机制微细观分析

通过扫描电镜,将红山窑风化红砂岩吸水前后的颗粒组成结构图放大300倍,从微细观方面揭示了红山窑全、强、中、弱不同风化程度的膨胀红砂岩吸水膨胀的全过程：吸水→水化→体积增加→产生膨胀力→膨胀力超过极限→崩解。从这一过程可以看出,膨胀岩的膨胀变形特性主要是由于膨胀岩中的部分矿物具有亲水性,遇水后发生水化反应而导致体积增 大,并引起膨胀应力;当膨胀力超过胶结物的粘结力时,就发生崩解;对于不同风化程度的膨胀岩,随着风化程度的加深,其吸水膨胀的过程越快,达到崩解的时间越短。     

卢氏膨胀岩湿胀软化特性研究

为研究卢氏膨胀岩湿胀软化特性,开展了膨胀性试验和常规三轴试验。并将泡水前后的膨胀岩进行扫描电子显微镜(SEM)试验和氮气吸附(NA)试验。为充分考虑膨胀岩内部颗粒之间的胶结作用和原始结构,试验样品采用原状膨胀岩。试验研究结果表明:膨胀岩吸水膨胀具有明显的各向异性,轴向膨胀率大于径向膨胀率且在1.5倍左右;随着相对含水率的增加,峰值强度呈先快速降低再缓慢降低的变化趋势,弹性模量和黏聚力呈增加趋势;在围压保持不变的情况下,随着含水率的增加,膨胀岩破坏形式由张拉破坏、张剪破坏向剪切破坏转变,并且膨胀岩破坏时表面裂缝增多。微观试验结果显示,泡水后膨胀岩微观结构裂隙比泡水前增多,孔隙发育明显,这是膨胀岩软化的根本原因。     

利用原子力显微镜探针刺入测试黏土颗粒水化膜厚度的试验研究

黏土颗粒水化膜厚度问题是泥质膨胀性岩土膨胀机制研究的理论基础。关于黏土颗粒水化膜厚度测试资料较为丰富,但通过原子力显微镜测试黏土颗粒水化膜厚度的研究成果还较为少见,且在测试方法方面尚不完善。基于3层水化膜结构模型和原子力显微镜测试技术,通过对蒙脱石粉末、泥岩粉末、泥岩岩片3种样品的测试研究,提出了水化膜厚度刺入式测试方法、粉末样和岩石样的制样方法、试验数据的统计处理方法。总结了水化膜厚度测试曲线自由水段、弱结合水段、强结合水段、黏土颗粒段的变化规律。通过和既有研究成果的对比分析,论证了原子力显微镜刺入测试黏土颗粒水化膜厚度的合理性与可行性。结合工程实践,探讨了定量化获取水化膜厚度在理解泥质膨胀性岩土膨胀机制方面的工程意义和理论价值。     

南宁第三系浅表层风化泥岩物理力学及膨胀特性指标分析

通过对南宁市201个工程第三系泥岩资料进行的分析,对各物理、力学及膨胀性指标进行统计研究,为南宁盆地地下工程的参数选取提供参考。研究表明,南宁第三系浅表层风化泥岩物理指标变异性较小,尤其在95%置信区间取值范围偏差较小,在参数分析时可作为常量考虑; 而力学指标和膨胀特性指标数据变异性较大,需要考虑其差异性。南宁第三系泥岩具有抗压强度高,压缩性低,抗剪强度高,黏聚力大的特点。膨胀特性指标方面,南宁第三系泥岩的自由膨胀率与其他城市膨胀岩土相比偏低,为弱膨胀性岩土; 膨胀力因岩组成因和风化程度不同差异较大,建议在参数选取时针对具体工程考虑。     

离子土壤固化剂改性膨胀土的试验研究

利用离子土壤固化剂（ionic soil stabilizer,简称ISS）对河南安阳地区膨胀土进行化学改性试验研究,通过不同配比的自由膨胀率试验结果,结合施工成本,得出ISS溶液改良膨胀土的最优配合比为1:350。对ISS溶液最优配合比改性后土体进行收缩试验、膨胀性试验、固结快剪、高压固结及水浸泡试验。试验结果表明,改性土线缩率减小,膨胀性指标降低,抗剪强度增大,土体由亲水性变成憎水性,且能达到较好的水稳定性,即膨胀土经化学改性为非膨胀土。ISS改性膨胀土的机制可解释为,通过ISS溶液与土粒离子进行强烈的交换作用,打开土粒与水分子之间的“电化键”,降低土颗粒表面吸附水膜厚度,包裹在黏粒颗粒表面的疏水基团覆盖膜使土对水的敏感性减弱,从根本上减少了土体吸水性和膨胀性。     

贵州贵定尖山营特大桥基础异常升降成因探讨

尖山营特大桥桥墩每年均出现雨季抬升,旱季沉降的异常现象。本文针对桥墩异常升降问题,采用野外地质调绘、现场监测、钻探、物探以及室内试验等方法相结合,分析造成尖山营特大桥墩体异常升降的主要原因。通过现场地质调绘和钻孔岩芯发育情况获取研究区地质构造分布,分析构造作用对异常升降的影响;基于天然音频大地电法勘探与对研究区地表水出露情况的勘察,研究承压水的赋存情况;将钻孔岩芯进行室内膨胀特性试验,研究了桥址区地基岩土体的吸水膨胀特性对桥墩升降的潜在作用。结果表明:排除地质构造和承压水原因,引起桥墩异常升降的主要原因是膨胀岩土体与地下水物理化学反应带动上部结构抬升及沉降引起的。桥址区二叠系吴家坪组（P2w）地层岩土体的膨胀力试验预估值在3～59 MPa之间,上部总荷载1.38～13.5 MPa,膨胀力大于上部结构重力载荷;原状膨胀岩试样在1.05 MPa的轴压作用下吸水,存在0.35%的膨胀应变,结合已有研究可确定130 m厚的膨胀性地层可造成上部结构抬升45.5 mm。二叠系吴家坪组（P2w）地层的吸水膨胀、失水收缩性能,与地下水的补给与排泄相结合,是引发桥墩异常升降的主要原因。     

考虑卸荷速率的K0固结膨胀土应力-应变行为

通过GDS三轴试验系统对K0固结原状南阳膨胀土原状样进行了不同卸荷速率和卸荷路径下的不排水三轴剪切试验,在试验资料的基础上,建立了K0固结膨胀土的初始切线模量Ei和极限偏应力qult与固结应力及卸荷速率的关系式。发现,K0固结膨胀土在卸荷剪切过程中的应力-应变关系曲线呈典型双曲线特征;膨胀土的不排水剪切强度随轴向固结应力及卸荷速率的增加而单调增加;Ei及qult随固结应力及卸荷速率的变化规律与强度基本类似,但Ei随固结应力的增加呈指数增加,而qult则表现为线性增加。通过改进邓肯-张双曲线表达式,建立了K0固结膨胀土下不同卸荷速率时应力-应变关系的预测公式,并进行了模型验证。     

小浪底水库1#滑坡体非饱和土强度特性试验研究

在改进的非饱和土三轴仪上运用3级持续加荷固结排水试验法,对小浪底水库1#滑坡体非饱和土的强度特性进行了三轴试验,研究了目前在非饱和土的试验研究中极少关注的试样轴向变形过大（即剪破）和剪胀对非饱和土基质吸力、抗剪强度及各特征关系的影响。结果表明：高密实度试样通过升高负孔隙水压力数值这样的内部应力调整来抵消受剪时的剪胀趋势,这个过程将增大试样的基质吸力,并对试样强度有增强作用;剪胀对抗剪强度的影响类似于饱和土,总体上对之产生负影响;多级试验中试样的提前剪破将降低后续围压下试验测得的抗剪强度,并在最终计算中得到比真实值更大的黏聚力和更小的内摩擦角,剪破后的后续围压试验测得的抗剪强度接近残余抗剪强度。     

卸荷损伤原状膨胀土剪切力学特性试验研究

通过GDS三轴试验系统对经历3种卸荷速率损伤后的原状南阳膨胀土样进行再加荷不排水三轴伸长剪切试验,同时考虑了超固结比与固结状态的影响。试验结果表明,膨胀土再加荷剪切力学特性与初始卸荷速率有关。在相同的轴向应变下,初始卸荷速率越小,其偏应力单调越小。在主应力方向改变前后,其应力?应变关系曲线斜率显著变化。相同固结方式与超固结比状态下,孔隙水压力均表现为先增大后减小趋势,孔隙水压力峰值应变随卸荷速率增大而减小。无论是等压固结还是K0固结,初始卸荷速率越大,不排水剪切强度越大。膨胀土样经历了初始卸荷损伤后,再加荷常规三轴伸长试验所得剪切强度均低于无损伤时的强度。以膨胀土破坏强度所得损伤度SD低估了卸荷速率对膨胀土的损伤程度,建议采用孔隙水压力峰值强度进行膨胀土边坡设计计算。原状膨胀土力学性状随卸荷速率损伤的演化规律受卸荷阶段轴向应变大小及裂隙性综合影响。     

膨胀岩部分膨胀性指标测定方法初探

针对按膨胀土试验规范测定膨胀岩的自由膨胀率,无荷载膨胀率,膨胀力三种膨胀性指标的适用性进行探讨,通过分析对测试方法中不适用于膨胀岩的步骤提出修改意见,以保证试验结果的准确性,并使膨胀岩膨胀性指标的测定方法更臻完善。