红层特殊岩土化学性质工程判别准则试验研究

为评价红层岩土化学特性对工程的影响,对红层岩土pH值、EC值、碳酸钙、芒硝、石膏等关键物质成分的变化规律进行了试验研究,提出了岩土化学稳定性的工程概念与分析思路,初步建立了pH值、EC值、碳酸钙、芒硝、石膏临界含量等指标组成的红层岩土化学稳定性综合判别标准,将红层岩土分为化学稳定性强、化学稳定性中等、化学稳定性差三类,为红层特殊岩土定量化评价与分类治理提供了参考依据。     

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。     

红层岩土水理性质工程判别准则试验研究

为评价红层岩土与水相互作用程度,通过对红层岩土崩解性、膨胀性、胶结性、软化性、承载比等工程性质试验研究,提出了岩土水稳定性的工程分析思路,建立了崩解指标、软化系数、胶结系数、自由膨胀率、承载比软化系数等指标组成的红层岩土水稳定性综合判别标准,将红层岩土分为水稳定性强、水稳定性中等、水稳定性差三类。     

红层软岩边坡岩体工程特性研究

通过调查研究四川地区80个红层软岩边坡的几何形状、结构面产状、边坡岩体强度等特征,探讨了块度、回弹值、回弹比、JRC、坡高与坡度的关系.提出了回弹比,分析其与坡度、稳定性间的相关关系,指出回弹比是对边坡稳定性影响的一个重要因素.确定了各因素对坡度的影响的重要性依次是块度、回弹值、回弹比、JRC和坡高.     

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。     

红层软岩遇水作用的孔隙结构多重分形特征

红层软岩内部孔隙具有随机、多样化的分布特点,孔隙结构的变化是影响其宏观力学性能的关键所在。由SEM扫描电镜获取岩样不同饱水时间下的细观结构图像,根据盒维数法计算出孔隙的分形维数,发现随着饱水时间的加长,孔隙的分形维数呈现增大趋势。同时对孔隙的数量、大小进行统计分析,得出不同饱水时间下岩样内部孔隙的分布特征。基于多重分形理论,采用统计矩的方法对孔隙结构进行定量表征。结果表明,孔隙结构的分配函数与q阶次趋于线性关系,验证了该结构的自相似性与无标度性,由广义分形维数D(0)>D(1)>D(2)说明了孔隙具有多重分形特征,由多重分形谱参数分析了孔隙结构的不规则性与复杂程度,更好地表征孔隙大小各异的分布情况。结合孔隙结构的多重分形特征与岩样抗压强度,建立起孔隙结构变化与其力学性能的关联性,对研究红层软岩的损伤过程具有一定的指导意义。     

基于天然红层材料的软岩成型模拟研究

岩石模拟是岩土工程模型试验、地质岩芯模拟试验等研究的核心。但目前基于人工材料的模拟制备受限于现有相似理论与技术手段,成岩结果与实际岩性差异较大,特别是软岩的成型模拟问题尤为突出。以天然红层材料为原料,改进传统的成岩模拟系统,考虑成岩过程中温度、孔隙流体压力及上覆压力的分阶段影响,模拟红层软岩从松散岩土颗粒到岩石的形成过程,得到工程标准尺寸软岩岩芯。通过与天然红层软岩进行成岩过程、物理性质、化学性质及力学性质的对比研究表明,以天然红层为原料的软岩岩芯与天然红层软岩性质相似。该研究突破了人工材料配制、3D打印等方法一般只能满足某一方面性质的局限,为大量不同功能需求的软岩岩芯研究提供了新的制作思路与方法。     

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。     

滇中红层软岩微观结构及水理特性试验研究

滇中红层软岩具有成岩作用差、易产生较大变形、遇水易软化、易崩解等特征,本文采用环境扫描电镜试验和水理特性试验,对红层软岩的微观结构特征,崩解、膨胀、软化等水理特性进行了研究。试验结果表明,红层软岩矿物粒间空隙大多被粘土矿物填充,粘土矿物以伊利石和蒙脱石为主,为混层结构,结晶程度相对较差,多数有蚀变的痕迹。具有微小裂隙的红层软岩在1~2次充分饱水烘干后,崩解性开始显现;随着干湿循环次数增加,岩样的质量变化呈减小趋势;干湿循环次数继续增加,崩解性指数趋于平缓。红层软岩由于风化作用影响程度和自然含水率的差异,岩体内部崩解张力具有明显不均匀性。经过自由浸水48h后,红层软岩的单轴抗压强度降低29.83%~58.47%,各地层软化系数在0.4~0.7之间,遇水后呈现显著软化效应。这些结果为红层软岩地区公路工程建设的工程地质研究提供了一定参考。     

乌蒙山区红层软岩滑坡地质演化及灾变过程离心机模型试验研究

红层是一种分布广泛,性质特殊的易灾地层组合,其灾变基础科学问题已成为工程地质学科领域迫切需要解决的前沿课题之一。我国红层分布区工程规模巨大,灾变问题突出,主要表现为地质灾害、工程病害、生态损害3大灾变类型,使得红层地区经济社会可持续发展面临着前所未有的灾变危害与风险,严重威胁着一系列国家重大战略的实施。传统红层灾变理论和防控技术难以适应复杂条件下人地失调带来的重大挑战,亟待突破。本文旨在通过对国内外研究现状分析、对基础性科学问题的深入思考与系统梳理,阐明中国红层灾变研究概况,分析红层灾变基础研究的国际学术前沿问题,提出红层灾变基础研究亟待解决的3个关键科学问题,阐述了主要研究思路与内容及方案。这些思考寄期于支持破解红层灾变地质基因、成因机理、韧性协调防控等难题,以保障红层地区国家重大战略的高效实施,保障人居安全、生态文明建设和社会经济可持续发展,使得我国红层灾变研究占领国际前沿高地。     

万州侏罗纪红层软弱夹层特征

在万州侏罗纪红层中,连续分布多层产状稳定、厚度较大的软弱夹层。经X射线衍射分析、红外光谱分析及扫描电镜观察：软弱夹层主要矿物成分为蒙脱石、长石、α-石英、伊利石、绿泥石等;其微观结构以片状结构为主,微裂隙和微孔隙发育,有少量网格结构,局部可见粘土矿物定向排列。野外调研表明：软弱夹层曾经受较强的构造挤压作用,部分已发生层间剪切破坏,从而导致剪切强度降低。对软弱夹层的物理力学性质进行试验研究可知：软弱夹层为中等膨胀性土;且一旦遇水饱和,其剪切强度将大幅度下降。这些特征说明,在特定的条件下,软弱夹层容易成为基岩滑坡的滑动面。     

软岩饱水软化过程微观结构演化的临界判据

针对红层软岩遇水软化问题,在已开展的粉砂质泥岩饱水软化试验结果的基础上,从建立软岩微观结构模型出发,定量化研究软岩软化的力学机制。首先将描述粉砂质颗粒特性的结构元件引入到M. Tuller、D. Or提出的黏土矿物微结构模型中,提出了软岩微观结构组合元件;然后结合软岩饱水软化试验中微观结构测试结果,考虑天然状态软岩微观结构的基本类型特征,建立了描述粒状结构与致密条块状结构软岩的两类典型微观结构单元;在此基础上,采用重整化群方法,分别建立了两类软岩软化的重整化模型,并基于重整化原理,分析了软岩软化过程微观结构演化的临界判据,搭建了软岩微观结构与其力学特性之间的定量关系。通过对比软岩饱水软化过程力学性质试验结果,验证了所建立模型的合理性,为进一步开展软岩软化全过程定量化研究奠定基础。     

万州区红层软弱夹层蠕变试验研究

在万州侏罗纪红层中,连续分布多层产状稳定、厚度较大的软弱夹层,容易成为岩质滑坡的滑动面。万州区近水平滑坡的成因一直存在争议,为了从力学角度阐明万州区滑坡的成因机制,对万州区红层软弱夹层进行了排水蠕变试验,以研究软弱夹层的流变性能。采用Singh-Mitchell模型描述了软弱夹层的蠕变特性,并对模型中的参数进行了探讨,为从力学机制研究万州区近水平滑坡的成因机制提供模型和参数。     

红层软岩崩解性路用控制方法研究

采用灰色关联度分析法对红层软岩的矿物成分、化学成分、崩解试验等数据进行了分析。分析表明, 水理特性不稳定的粘土矿物始终是影响软岩崩解的主要因素之一, 而不同的化学成分对红层软岩崩解性的影响程度不同。通过以纯水、MgCl2, FeCl3, NaCl, CaCl2盐溶液作为红层软岩岩块浸泡液的崩解试验, 说明纯水浸泡下软岩的崩解性最强, 而所选3种盐溶液对所选红层软岩样品的崩解性均有抑制作用, 其中又以CaCl2抑制作用最强。在此基础上提出公路施工中填筑前以浇水作为加快红层软岩崩解, 填筑压实中以掺入石灰作为抑制软岩崩解路用控制方法。     

Entropy as criterion of heterogeneity of rocks

Statistical entropy of a multicomponent material (mechanical) system, such as sediments or rocks, particularly the relative entropy, is shown to be an easily calculable, simple and meaningful index of heterogeneity of the system, well suited for diagrammatic representations and for stratigraphic and/or lithological mapping. – V. P. Sokoloff.     

白垩纪世界与大洋红层

白垩纪代表着地质历史中的一种极端的温室气候,已被国际地球科学界视为研究地球系统科学的典型范例。文中在评述白垩纪沉积作用、古气候、古海洋研究中取得的重要进展基础上,重点介绍推动白垩纪研究核心问题之一的黑色页岩和大洋缺氧事件以及由中国学者提出的白垩纪大洋红层和富氧作用。大洋缺氧事件与大洋红层的研究因其与碳氧循环、古气候和古海洋变化的紧密关系,已经成为国际白垩纪研究中的热点问题,并在今后一段时期内继续引领着白垩纪古海洋、古气候变化研究的不断深入。     

湘西铁路沿线红层边坡工程地质研究

地处湘西山区的湘黔、焦柳铁路沿线分布众多的红层边坡。因其工程地质条件的特殊性,边坡灾害时有发生,严重影响了列车的安全运行。文章首先对这一地区红层的工程地质特性进行研究,在此基础上,对边坡破坏形式、规律、机理等进行深入探讨。研究表明:分布在湘西铁路沿线的红层具有岩性多变、软硬互层、浸水崩解、遇水软化、结构面众多及泥化软弱夹层发育等工程特性;红层边坡变形破坏的主要形式有风化剥落、坡面变形、崩塌落石和顺层滑坡等。文章通过湘西湘黔、焦柳铁路沿线12处较大红层路堑滑坡的调查及综合分析,得出这一地区红层路堑滑坡形成的基本规律并根据滑坡体物质及滑动面特征对其进行了分类。分析了该地区红层滑坡的形成机理并提出红层边坡地质灾害的防治措施。     

A new fracture criterion for brittle rocks

A general form of a “fracture function” for isotropic brittle materials is expressed in terms of the three invariants of the stress tensor. The coefficients in the function are determined by use of the small number of experimental data under specific conditions. This function is applicable to an estimate of the fracture condition of brittle rocks under a general stress state i.e., σ₁ ≠ σ₂ ≠ σ₃. The application of this function is attempted for the data of three brittle rocks i.e., Dunham dolomite, Mizuho trachyte, and Westerly granite, reported by previous workers. For the first two, this criterion gives a good estimation of the effect of the intermediate principal stress σ₂ on failure. For the last, the fracture strength at high confining pressure is estimated by use of the several data obtained under very low confining pressures, and the agreement with experimental data is also satisfactory.