膨胀岩的判别与分类和隧道工程

本文主要论述了国内外膨胀岩的一些判别与分类的准则和方法．列举了膨胀岩的野外地质特征，提出了隧道工程中膨胀岩的判别与分类技术指标，供隧道设计和施工人员参考．     

投影寻踪模型在膨胀岩判别与分级中的应用

由于泥质岩富含黏土矿物,尤其是成岩程度较低的中新生代泥质岩常具有显著的膨胀性,而成为膨胀岩的主要类型。在对现有膨胀岩判别指标进行全面分析后,提出以蒙脱石含量、胶结系数和比表面积作为泥质岩膨胀性判别与分级的三大指标。基于投影寻踪模型方法,以新疆大坂隧洞工程中采集的20个泥质岩样为样本进行了分析。根据20个样本最优投影值的移动平均趋势线,该处泥质岩的膨胀性可分为非膨胀、微膨胀、弱膨胀和强膨胀4个等级。与较为常用的岩块干燥饱和吸水率指标判别结果基本一致,结果表明,所选指标和方法是可靠的。     

膨胀土判别与分类的人工神经网络方法

提出了运用神经网络理论对膨胀土进行判别与分类的方法。通过对安康膨胀土的实测数据分析，建立了研究膨胀土判别与分类的计算机智能专家系统。结果表明，用人工神经网络方法对膨胀土进行判别与分类的准确率很高，它无需在判别因子与预测目标之间建立基于某种理论的经验统计关系，该方法具有重要的实用价值。     

膨胀土判别与分类方法探讨

膨胀土的胀缩等级评判是进行膨胀土处治的首要任务,开展膨胀土的判别与分类方法探讨具有重要意义。对现有膨胀土判别与分类方法进行了评价,对反映和表征膨胀土胀缩机理和特性的指标进行了深入探讨,提出了以能充分反映和表征膨胀土胀缩机理和特性的液限、塑性指数、自由膨胀率、小于0.005 mm颗粒含量、胀缩总率等5个指标作为膨胀土的判别指标,建立了一种新的膨胀土判别与分类方法,并通过试验进行了验证。新的膨胀土判别与分类方法具有准确度高、易操作的优点。     

花岗岩地区嵌岩桩终孔岩性判别标准探讨

嵌岩桩工过程中的终孔入岩判定问题,对于确保桩基施工质量至关重要。本文通过对广东省西部沿海高速公路新会段革跨线桥的钻孔桩入岩实例的详细分析,对花岗岩类风化程度分类判定问题作了初步探讨,提出了该区基岩风化程度判别标准,可以作为施工指导。     

软岩弹性模量的测定与讨论

本文首先介绍一种岩土自动化精密三轴压缩试验系统,并以此试验系统所得的一组实验结果为例,揭示软岩在微小应变(ε_1=10~(-2)—10~(-5))条件下所反应的应力-应变的线性关系,以及根据软岩在弹性范围内所测得的数据求出弹性模量。本文结合以往的研究成果,对软岩的弹性模量及变形系数开展分析和讨论。最后,本文将实验结果与现场测试结果相比较,从中了解两者之间的关系。     

淮南,铁法煤矿膨胀型软岩力学化学特征

膨胀型软岩由于其性质的复杂性和工程的严重危害性而成为我国煤矿工程研究中最复杂的问题之一。膨胀型软岩能与水发生物理化学反应使含水量或体积发生变化，是地质历史长期作用的产物，随着时间场和空间场的不同，其力学化学特征有明显的差异，作者根据对淮南５个煤矿、铁法２个煤矿软岩的实际研究，总结二者在成份、物理化学特征、力学性质以及膨胀机制等方面的差异，为工程有效支护提供理论依据。     

风干含水量W65用作膨胀土判别分类指标的可行性研究

本文针对膨胀土的判别分类指标存在的一些问题,提出一种新指标--风干含水量W65.文中详细研究了它的测试方法,它与膨胀土的物理化学活性,物性指标及自由膨胀率ef等的关系。结果表明,W65能很好反映膨胀土的矿物组成或物理化学活性特征,而ef或WL则更能反映土的粒度组成或分散性特征。最后,在继承ef的判别分类成果基础上,考虑到塑性图的优点,建议采用W65-WL判别分类图。该图能区分膨胀土与典型红粘土,较单一指标判分膨胀土更合理适用。     

膨胀土判别与分类的Fisher判别分析方法

介绍了数理统计中常用的判别分析方法——Fisher判别分析法，结合合（肥）－六（安）－叶（集）高速公路工程，利用SPSS软件对沿线采集土样进行了Fisher判别分析，得出了适合该地区膨胀土判别与分类的判别方程。分析表明： (1)利用Fisher判别分析法仅需几项基本物理性质指标，参数的试验操作大众化、规范化，试验条件明确、设备简单、周期短。在统计意义的基础上可以对膨胀土正确分类；(2)判别函数中，塑性指数的系数最大，说明判别函数对塑性指数值敏感，塑性指数能较好反映土的膨胀潜势；(3)利用SPSS软件进行判别分析，简易方便，分类效率高，对膨胀潜势的划分结果统计意义明显，能够为膨胀土的分类提供依据。对该判别方程进行了检验，发现其适用性好，判别分析方法在膨胀土判别与分类中有较好的应用前景。     

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。     

引水隧洞膨胀性围岩的稳定性分析

膨胀岩在实际工程中通常表现为围岩随时间的推移大量向洞室内塑性挤出或底板大量隆起,最终导致洞室支护和围岩产生裂损或破坏。山西万家寨引黄入晋工程南干线7号隧洞地层特点除砂岩与泥岩互层外,膨胀岩共有3～4层,且斜穿隧道。通过对隧洞开挖及支护过程应用考虑膨胀岩影响的粘弹塑性有限元进行分析,得出膨胀围岩对隧洞及支护结构的受力及稳定性的影响。建议在通水运行过程中密切监测其变形、应力应变、渗透压及外水压力的变化规律,以确保工程的安全运行。     

压力水作用下硬石膏岩膨胀性研究

针对隧道工程中硬石膏围岩在压力水作用下的膨胀现象,设计加工了多功能膨胀仪。使用该仪器及MTS815岩石力学测试系统,对不同水压条件下硬石膏岩的轴向膨胀应变及侧向膨胀应力进行了测试,对压力水作用后硬石膏岩的含水状态及力学特性进行了测试。结果表明：水压越大,硬石膏岩的最大轴向膨胀应变及最大侧向膨胀应力越大,膨胀起始时间越短;随水压的增大,硬石膏岩的吸水率增大,结晶水率逐渐增大并趋于吸水率,而自由水率逐渐减小并趋于0;硬石膏岩的弹性模量和峰值强度随水压的增大而增大。这些说明水压能影响其含水状态,增强硬石膏岩的膨胀性,促进其膨胀的激活,提高其力学性能。基于试验结果,建立了压力水作用下的硬石膏岩吸水状态方程,并改进了湿度场理论体系中的膨胀本构模型。     

干湿-冻融循环下延吉膨胀岩的力学特性及其应力-应变归一化

为了研究干湿、冻融和干湿-冻融循环作用对延吉膨胀岩的应力-应变关系、体变特性、抗剪强度的影响,开展了一系列的固结排水剪切试验。结果表明：未循环试样的应力-应变关系曲线表现为稳定型或弱应变软化型,3种环境作用后试样应力-应变关系曲线呈现出一定的应变软化特性,剪胀明显,而且围压越小、循环次数越高的试样软化和剪胀的程度越高;随着循环次数的增加,3种环境作用下试样的黏聚力急剧减小,而内摩擦角略有增加;干湿-冻融循环作用下试样的应力-应变关系软化程度最高,剪胀最显著,试样的黏聚力降低的幅度最大。基于Konder双曲线模型,对循环处理前后试样的应力-应变特性进行归一化分析,建立了考虑干湿-冻融循环次数和围压影响,能同时描述应变软化型和硬化型的应力-应变关系式,并对不同干湿-冻融循环次数试样的应力-应变曲线进行预测,预测值与实测值较为接近,预测效果较好。     

岩体分级考虑因素的现状与趋势分析

在对国内外岩体分级方法深入研究的基础上,对岩体分级方法中所考虑的岩体分级因素及对各因素的处理方法进行了系统的归纳和总结。从岩体分级方法的现状来看,虽然目前尚无统一的岩体分级标准,但在岩体分级中应根据岩石的强度、岩体的完整性、地下水条件、地应力状况等多方面因素,进行岩体综合分级上达成了共识,并且国内规范中的岩体分级标准有趋于统一和向国际标准接轨的趋势。     

软岩膨胀崩解试验及分形机理

在室内崩解试验和大气条件模拟的渐进崩解试验中,通过跟踪崩解过程物碎屑的颗粒级别变化发现,软岩膨胀崩解过程是一个多重分形过程。在崩解达到一定程度后,崩解碎屑物的颗粒级别不再发生变化,软岩吸水膨胀崩解停止,此时崩解物的分数维亦达到一个不再变化的临界值。该临界值可用来定量表征软岩崩解的机理。该结论对工程实际具有指导意义。     

基于湿度应力场理论的膨胀岩弹塑性本构关系

由于含水率的变化使膨胀岩的弹性模量、泊松比和屈服极限等力学性能都将发生变化,从而引起膨胀应力、塑性流动和随湿度场而变化的屈服准则等都相互耦合在一起,因此,提出了基于湿度应力场理论的膨胀岩的弹塑性本构模型,并运用参变量变分原理建立了处理这一类问题的数值变分原理及其相应的有限元形式。     

基于统计岩体力学的岩体强度特征分析

结构面的存在改变了岩体力学性质,影响了岩体强度特征。基于统计岩体力学强度判据,结合摩尔-库仑准则,得到了含单组结构面岩体破坏的4种不同方式和相应的结构面倾角范围,推导了岩体强度由结构面控制转化为应力控制的临界围压表达式。在此基础上,根据岩石和结构面参数之间的关系,将含单组结构面岩体分为4类,并探讨了可能破坏方式和发生破坏的条件。最后,举例分析了含单组结构面闪长岩的强度特征,结果表明,该岩体属于第I类岩体,在垂向受压时先沿结构面后沿岩块破坏,临界围压为9.12 MPa;从全空间分析,该岩体强度各向异性显著,围压增大可使岩体在一些方向上受力时强度由结构控制转化为应力控制。     

压剪应力状态下岩石复合型断裂判据的研究

考虑岩石闭合裂纹壁面间存在的摩擦力对裂纹尖端应力场的影响,应用最大周向应力理论得到压剪复合裂纹的断裂角。在此基础上,依据岩石裂纹尖端双向受力时的破坏特征,结合最大周向应力准则与修正的格里菲斯（Griffith）强度理论,建立了考虑摩擦效应的闭合裂纹失稳扩展的岩石压剪断裂判据。研究结果表明：断裂角受裂纹和荷载方向的夹角、裂纹壁面之间的摩擦系数、侧压力系数的影响;当压剪裂纹的断裂角是某个定值时,纯II型裂纹的断裂韧度与纯I型裂纹的断裂韧度的比值只与岩石裂纹表面的摩擦系数取值有关,而与其他岩石力学参数无关。此研究成果可为压剪应力作用下裂隙岩体的失稳破坏提供参考。     

软岩三轴卸荷流变力学特性及本构模型研究

以典型软岩－泥质粉砂岩为研究对象,进行了不同应力水平下的恒轴压、分级卸围压室内流变试验。试验结果表明,软岩在卸荷条件下的轴向及侧向流变变形较大,各向异性显著。在恒定围压较高时,轴向流变变形较大,而随着围压逐级降低,侧向流变变形发展较轴向更快,试样在破裂围压下的侧向变形远大于轴向。通过深入分析软岩卸荷流变试验成果可知,线性Burgers流变模型能较好地反映各级围压下流变曲线的衰减流变及稳态流变阶段,但对于破裂围压下的非线性加速流变阶段无法描述。基于上述分析,建立一个非线性损伤流变模型,采用Levenberg-Marquardt非线性优化最小二乘法对试验结果进行拟合,并获得软岩的非线性流变参数。经比较,拟合计算与试验曲线吻合程度很高,说明该流变模型能较好地反映软岩卸荷流变各阶段的曲线特征。