三峡库区巴东地区紫红色泥岩的崩解特性研究

在地制裁调查及大量岩土实验的基础上,研究了巴东县新城区中三叠统巴东组二段T2b^2紫红色泥岩的膨胀崩解特性。测定了强风化泥岩的矿物及化学成分,对岩石在不同状态和不同浸水时间条件下表现出的快速胀裂、崩解现象进行了细致观察,同时对不同浸水状态的岩石进行了强度试验,发现该区紫红色泥岩风化后具有微弱的膨胀性,以及沿微裂面快速崩解的特性,其膨胀崩解特性与岩石的物理状态密切相关。     

三峡库区紫红色泥岩的崩解特性研究

通过反复崩解实验,探讨了三峡库区广泛分布的紫红色泥岩的崩解特性.研究结果表明,该套泥岩崩解性并不大,对其边坡崩落的影响有限.     

红层泥岩崩解驱动力与机制分析

在既有研究的基础上,初步探讨了温度、水、力等因素对红层泥岩崩解的影响机制。研究表明：（1）红层泥岩赋存环境变化引起的要素差,如应力差、浓度差、温度差、水头差、气压差等,是引起红层泥岩裂隙产生的驱动力;（2）水、热、力等因素通过应力重分布、溶解、膨胀、蒸发、毛细、渗流、侵蚀等作用,使红层泥岩的微细观结构产生了不可逆的破坏;（3）水热交替循环的周期效应使微细破坏逐渐累积,直至产生显著的结构破坏;（4）红层泥岩微细裂隙破裂机制是环境要素产生要素差,激发各种物理化学作用,产生各种应力,达到或超过岩石强度,进而引起岩石微细裂隙产生,经过周期累积直至最后脱离坡体剥落的过程。     

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。     

甘肃红层泥岩耐崩解试验与矿物夹杂效应研究

为探究干湿作用下甘肃红层质泥岩加速崩解机制,针对典型的石膏质泥岩,开展浸水及快速崩解试验,并通过与泥质砂岩、页岩和石膏岩的对比,分析了影响岩石耐久性的主要因素,对崩解过程中的矿物夹杂效应进行了讨论。研究结果表明：原状石膏质泥岩浸水自然崩解速度较慢,3 h崩解量为0.11,但高温(>163℃)干燥后夹杂的石膏矿物将完全脱水硬化,体积收缩,再次遇水后岩块于2 h内完全崩解。石膏质泥岩的二次循环耐崩解指数I_d2为0.80,属于高耐久性岩石,但在干湿过程中有加速崩解的趋势,第5次循环时的相对崩解指数I₅达到了0.56。岩石的耐久性受矿物成分和胶结强度影响较大,矿物膨胀驱使岩块崩解的过程中,泥质岩块易发生均匀破碎而砂质岩块易出现非均匀破碎。石膏质泥岩中黏土矿物夹杂密实,干湿作用下易崩解,所夹杂的石膏矿物具有溶蚀性,且溶蚀后崩解液显弱酸性,石膏溶蚀产生的微裂隙和酸性环境下钙质结核的脱落是导致石膏质泥岩加速崩解的主要原因。     

红层泥岩在不同浸水条件下填料强度特性试验研究

西南地区红层泥岩分布广泛,常用于工程填筑施工,其遇水易崩解特性常对工程填筑体的稳定性产生不良影响,因此,研究红层泥岩不同浸水条件下单轴抗压强度和浸水-风干循环崩解的变化规律具有重要的工程意义。利用红层泥岩中常见的粉砂质泥岩开展了单轴抗压试验和浸水循环实验,对不同浸水条件的红层软泥岩样品的吸水量、吸水率、单轴抗压强度、弹性模量和峰值应变进行测试;对样品浸水-风干崩解过程进行观测记录,并讨论了干湿环境交替对泥岩单轴抗压强度性能和崩解规律的影响。研究结论如下：(1)随着样品单次浸水过程的进行,样品的含水率与单轴抗压强度、弹性模量、峰值应变呈负相关;(2)样品在单次浸水过程中软化度明显增大,静置后样品外部先产生垂直层理方向裂隙,后垂直层理方向裂隙和平行层理方向裂隙逐渐闭合,使样品软化度小幅度变小,说明泥岩强度损伤主要发生在每次干湿环境交替过程的浸水过程中;(3)样品在多次浸水过程中,崩解过程不断进行,其转折点在第六次和第八次浸水循环,样品崩解频率加剧,在第12次浸水循环后,崩解物颗粒级配趋于稳定。     

干湿循环对膨胀性泥岩裂隙和强度的影响研究

通过对合肥地区某水利工程场地膨胀性泥岩的原状样进行室内干湿循环试验,分析不同干湿循环次数下的膨胀性泥岩的裂隙图像,对不同干湿循环次数下的试样进行直剪试验,得出膨胀性泥岩在限制浸水膨胀变形的条件下,随干湿循环次数的增加,黏聚力和内摩擦角的减小速率变缓,裂隙度逐渐增加,裂隙长度和裂隙总面积增加。研究成果对该类膨胀性泥岩地区工程建设具有指导意义。     

三峡库区巴东组（T2b）紫红色泥岩工程地质特征研究

在三峡工程库区广泛分布一种三叠系中统巴东组的紫红色泥岩 ,在库区常被称为易滑地层。这种岩土体还具有一定膨胀性 ,致使一些边坡防护工程发生变形破坏。三峡工程库区移民区巴东、巫山、奉节等新城址出现的许多工程地质问题往往与此有关。本文在对巴东、巫山、奉节等地紫红色泥岩的基本地质特征研究基础上 ,对该地层的膨胀性、风化规律、水-岩相互作用等进行系统试验研究 ,为三峡工程库区滑坡防治和移民迁建工程提供科学依据。研究表明 :该地层粘土矿物含量一般为 1 7.9%左右 ,其中 ,有效蒙脱石含量一般在 1 .2 7～ 6 .0 1 %之间 ,混层矿物占粘土矿物的一半以上 ,具中 -强胶结 ,有弱膨胀性。岩石的风化以机械风化为主 ,沿剖面化学成分变化不大。沿剖面物理力学性质的变化除受风化作用制约外 ,受岩石颗粒组成的影响更为明显 ,因此可能出现深度异常现象。水对该地层岩石力学性质影响比较显著 ,应当特别关注水库蓄水初期库水位显著变化对边坡和地基土稳定性的影响     

荷载-干湿循环共同作用下泥岩的压缩特性

泥岩遇水易崩解泥化,特别是耦合荷载作用后,其力学性能衰减更加明显。为掌握泥岩在环境因素和外部荷载作用下的性能演化规律,开展了干湿循环与上覆荷载共同作用下的压缩特性试验。发现初次浸水后压实泥岩发生膨胀,但随着干湿循环作用的进行,泥岩试样发生压缩变形。然后,对压实泥岩试样进行孔隙分析,结果表明,泥岩孔隙分布呈现双峰特征,峰值大约位于0.3 ?m和10.0 ?m孔径处,干湿循环和荷载的作用引起孔隙体积减小,特别是对大孔径孔隙的影响最显著。最后,依据泥岩的膨胀、压缩和孔隙分布特征,提出了压实泥岩的孔隙-荷载-水分相互作用模型,将压实泥岩的孔隙体积分为团粒内孔隙和团粒间孔隙两类;分析了荷载-干湿循环引起泥岩团粒崩解破碎和充填团粒之间孔隙的演变过程。揭示了泥岩孔隙-水分-荷载的相互作用机制,为泥岩路基的填筑提供了理论参考。     

巴东组紫红色泥岩三轴压缩试验及本构模型研究

采用MTS压力试验系统对巴东组紫红色泥岩进行了4个不同级别围压的三轴压缩试验和单轴试验。得到了巴东组紫红色泥岩在这5个围压下的全应力-应变曲线。根据试验结果,把全应力-应变曲线分为4个主要阶段,并分析了屈服强度、峰值强度、残余强度随围压的变化规律,结果表明,它们与围压成线性增大关系,满足库伦-莫尔强度准则。同时,根据试验曲线,利用双线性-线性软化-残余理想塑性模型来模拟巴东组紫红色泥岩,并给出了每一段的本构方程,确定了相关参数,可供类似的工程参考。     

紫色泥岩水热条件下崩解过程的分维特性

以马头山组（K2m）、妥甸组（J3t）和下禄丰组（J1l）自然风干的紫色泥岩为研究对象,分别进行干湿、冷热和干湿冷热3种处理,并运用分维方法分析不同处理下紫色泥岩的崩解特性,发现分维数能比较准确地表征紫色泥岩的崩解过程：分维数越大,岩石破碎程度越高;分维数越小,岩石破碎程度越低。3种紫色泥岩在不同处理方式下崩解的分维数大小都是干湿冷热 干湿 冷热,可见,水热共同作用对母岩崩解的影响明显大于仅有水或热的作用。相同处理方式下3种泥岩的分维数大小为J3t J1l K2m,且在干湿和干湿冷热条件下J3t的崩解分维数与K2m和J1l的差异显著,这主要是由这3种泥岩的物理特性、元素组成以及其风化成度所决定的。     

有荷干湿循环条件下不同膨胀土抗剪强度基本特性

针对膨胀土分布区公路边坡常浅层坍滑现状,选取南、北方3种典型膨胀土样,模拟干湿循环并计及边坡破坏时滑面的上覆压力,改变常规试样吸湿及施剪条件开展试验研究,以获得较符合实际的膨胀土抗剪强度及其衰减规律。结果表明：不同上覆压力对膨胀土抗剪强度的影响为荷载越大其强度绝对衰减率越小;用双直线能较好表征其抗剪强度线特征,强度指标c、? 宜按高、低应力段分别获取;随干湿循环次数增加,c值呈指数函数衰减,是造成边坡浅层坍滑的主要原因;? 值随作用次数增加虽有减小趋势,但降幅不大;通过控制基本相同的试验条件,实测得3种膨胀土的最终抗剪强度均降至某一幅值范围。研究结论为解读膨胀土坡为何多浅层坍滑提供了有价值的信息。     

红层泥岩三轴膨胀力的试验研究

针对现有规范中红层泥岩膨胀力测试结果偏小问题,自主研制了膨胀性岩石三轴膨胀力测试装置。采用先放试样后加约束的方式克服了岩石与容器壁有释放变形空隙的局限性,解决了膨胀力测试结果偏小的问题。通过膨胀土和红层泥岩三轴膨胀力的测试研究,检验了三轴膨胀力测试装置的合理性和有效性,初步总结了红层泥岩三轴膨胀力的变化规律。研究结果表明:三轴膨胀力测试装置及其测试方法能够克服传统固结仪试验方法的局限性,具有较好的实用性,可以适用于膨胀土和膨胀岩三轴膨胀力的测试;红层泥岩三轴膨胀力多数是在MPa的量级,传统固结仪测试的膨胀力多数是kPa量级,更新了现有红层泥岩膨胀力较小的认识;通过对试验结果的分析和膨胀后试样的观察,发现红层泥岩的膨胀机制与膨胀土的膨胀机制是不同的;红层泥岩主要是新鲜岩石表层吸水膨胀、泥化崩解,泥化层剥蚀后,新鲜面再次吸水膨胀、泥化崩解,这是一个逐层循环膨胀的过程。     

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相似文献   

巴东新城区紫红色泥岩工程地质性质研究

通过地质调查及大量岩土力学试验,对巴东新城区中三叠统巴东组二段T2b2紫红色泥岩工程地质性质进行了综合研究。测定了岩石的矿物成分及微观结构和岩石的物理及水理性质参数。由不同含水状态下的室内崩解试验发现,紫红色泥岩具有较强的崩解特性,且与岩石的物理状态密切相关,试验得到岩块的力学性质指标和变形特征。进行了点荷载试验,对不同风化程度和不同物理状态下的岩石的工程地质性质进行了分析,并指出其对工程的影响。     

温度对煤系泥岩力学特征影响的试验研究

利用RMT-150B岩石力学试验系统和GD-65/150高低温环境箱,对经历不同温度后煤系泥岩的力学特性进行试验研究,分析不同温度下煤系泥岩的应力-应变全过程曲线、峰值应力、峰值应变、弹性模量、变形模量以及泊松比受温度的影响。研究结果表明,不同温度下泥岩的力学特性有差异。随温度的升高,其峰值应力、峰值应变有不同程度的降低,其峰值应力从25℃时的9.153 MPa下降到55℃时的8.271 MPa,降幅为9.6%;峰值应变从25℃时的11.002×10-3下降到55℃时的8.249×10-3,降幅达25.0%。弹性模量随温度的升高逐渐减小,变形模量随温度的升高而增大,泊松比随温度的升高逐渐减小,由此得到各参数变量随温度的变化关系。研究成果可为深井高温软岩巷道的围岩控制提供理论基础。     

鄂西南巴东组红层边坡夹层成因及特性

针对鄂西南地区三叠系巴东组红层边坡中存在的软弱夹层,从地质沉积历史入手,通过区域构造力学分析,并结合矿物分析和粒度分析,对夹层的成因及其形成过程中矿物成分和粒度成分的变化进行了分析研究,同时结合相关室内试验对夹层的膨胀性和强度特性进行了分析研究,对该地区巴东组红层边坡夹层从成因到特性有了系统的认识,可为同类型地区工程建设的设计和施工提供参考。     

各向异性砂岩冻融力学特性研究

针对新疆天山公路岩质边坡的砂岩, 开展了单/三轴压缩试验和不同次数的冻融循环试验, 探讨了岩样强度和变形参数的各向异性随围压和冻融循环次数的变化规律, 分析了层理角度及冻融作用对岩样破坏模式的影响。结果表明： 岩样的弹性模量、 黏聚力、 内摩擦角和峰值强度均随着层理角度的增加呈现先减小后增加的U型发展态势, 在60°时达到最小值, 在0°或90°时其值最大; 岩样的强度以及变形参数随着冻融循环次数的增加逐渐减小, 随着围压的增加而增大; 不同层理角度岩样强度及力学参数的差异性随着围压的增加逐渐较小, 相应的岩样各向异性特性逐渐减弱; 随着冻融循环次数的增加, 岩样内部的裂纹不断扩展导致岩样各向异性程度逐渐增强; 不同层理角度岩样的破坏模式可归纳为穿越基质和层理面的竖向劈裂张拉破坏、 穿越基质和层理弱面的剪切破坏、 拉-剪混合破坏、 沿层理弱面的剪切滑移破坏、 沿层理弱面的竖向劈裂破坏等5种模式。研究成果可为寒区岩体工程相关研究提供参考和依据。     

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。     

低应力与覆水环境下单裂隙粉砂质泥岩渗流特性

为探究不同外部环境因素影响下浅层粉砂质泥岩边坡裂隙渗流特性,采用自主研发的岩体裂隙渗流试验装置,对含6种不同裂隙面粗糙度(JRC)的粉砂质泥岩裂隙试样进行渗流试验,研究了不同低围压和覆水深度下粉砂质泥岩裂隙渗流特性。结果表明:不同覆水深度及JRC下围压与粉砂质泥岩裂隙渗透系数均呈反相关,两者之间关系可用幂函数表征,且渗透系数的降低过程可分为快速降低(围压为0～30 kPa)和缓慢降低(围压为30～50 kPa)两个阶段,CT扫描结果验证了围压增大使得粉砂质泥岩裂隙开度减小是渗透系数随围压增大而减小的主要原因。随围压的增大或覆水深度的减小,不同JRC粉砂质泥岩裂隙渗透系数的离散程度逐渐减小。当围压增至最大,同时覆水深度最小时,JRC对裂隙渗透系数的影响将会被消除。不同围压下,粉砂质泥岩裂隙渗透系数与覆水深度呈正相关,且两者关系可用指数函数表征。推导出了粉砂质泥岩裂隙渗流非线性Izabsh模型,该模型能较好地反映低应力及低流速下粉砂质泥岩裂隙渗流量与压力梯度之间的非线性变化关系,但随围压的增大,该模型的相关性有一定程度的减小。