应用塑性图对陕西特殊土的判别

塑性图是由卡萨格兰德（Ａ·Ｃａｓａｇｒａｎｄｅ）于１９４２年首次提出的，该图将阿太量（Ａ·Ａｅｔｅｒｂｅｒｇ）界限（液限、塑限）应用于土质分类．本文根据塑性图判别理论并应用塑性图，对陕西省特殊土（黄土、三趾马红土、膨胀土等）进行了判别，结果为黄土位于ＣＬＹ区，三趾马红土和膨胀土位于ＣＨＥ区，其效果较好，达到了分类的目的．     

不同环剪条件下三峡库区童家坪滑坡滑带土强度特性

研究不同环剪条件下库岸堆积层滑坡滑带土强度特性对滑坡稳定性评价具有重要意义。针对目前在库岸堆积层滑坡滑带土力学特性方面研究薄弱的问题, 以三峡库区童家坪滑坡滑带土为研究对象, 采用ARS-E2环剪仪开展了不同剪切速率下的剪切试验, 研究了等速剪切、加速剪切以及减速剪切作用下滑带土强度变化特征。试验结果表明: 滑带土试样在恒定的低速剪切条件下更容易得到稳定的残余强度, 并且达到峰值强度后易出现"应变软化"现象; 在相同剪切应力条件下, 滑带土加速环剪和减速环剪的剪应力变化趋势基本一致, 与法向应力均呈正相关关系; 剪切速率的变化会显著影响滑带土峰值黏聚力的大小。研究成果揭示了不同环剪条件下滑带土力学特性, 可以为揭示库岸堆积层滑坡变形破坏的力学机制提供理论依据。      

融雪条件下新疆伊犁谷地黄土-卵砾石接触面残余强度

为研究融雪作用下黄土-卵砾石接触面残余强度,以新疆伊犁谷地某黄土-卵砾石接触面滑坡为例,通过自制模具,制作黄土-卵砾石接触面环剪试样,开展不同含水率黄土-卵砾石接触面环剪试验,并通过扫描电镜（SEM）,从微观结构角度探究水对黄土-卵砾石接触面残余强度的影响。试验结果表明:黄土-卵砾石接触面抗剪强度随着含水率的增加而减小,剪切过程中存在应变软化现象,随着正应力及含水量的增加,应变软化现象越不明显;黄土-卵砾石接触面残余强度随着法向应力的增大而增大,且存在较好的线性关系,符合摩尔库伦强度准则;黄土-卵砾石接触面残余强度参数随着含水率的增加而降低,以含水率w=18%为界（塑限含水率19.1%附近）,当含水率为10%~18%时,残余内摩擦角φ_r变化较小（Δφ_r=5.4°）,当含水率为18%~26%时,残余内摩擦角φ_r变化较大（Δφ_r=9.0°）;微观结构方面,随着含水率的增加,黄土-卵砾石接触面形成软化"泥膜",部分填充了卵砾石凹凸部分,剪切面较为光滑,在剪切过程中,黏粒更加分散,附着在黄土颗粒表面,部分填充孔隙,起润滑作用,降低了残余强度。本文的研究成果可以为新疆伊犁谷地黄土-卵砾石接触面型滑坡形成机理研究及工程防治提供科学参考。      

陕西泾阳南塬黄土滑坡滑带土残余剪切强度特性

为探求陕西泾阳南塬高速远程黄土滑坡的复活机理,从大型黄土滑坡滑带采集原状黄土试样、古土壤试样(原状土),部分制备重塑试样(重塑土),进行不同体积含水率下的反复剪切试验,从而获得滑带土残余剪切强度指标与体积含水率、黏粒含量之间的关系.结果表明:原状土和重塑土的剪应力-位移曲线均为硬化型;在不同的垂直压力下,原状土和重塑土的残余剪切强度差值变化较大;当剪切强度达到峰值强度以后,随着剪切位移的继续增大,原状土和重塑土的残余剪切强度都有一定程度的损失,这种损失因垂直压力的不同而不同;对同类土,通过反复剪切试验获得的内聚力和内摩擦角随体积含水率的增加而降低;相关性分析表明,该区滑带土的黏粒含量较低,对残余剪切强度的内摩擦角影响很小,尤其是当天然体积含水率较低时,体积含水率的变化对残余剪切强度的影响远远大于黏粒含量的影响.     

基于CT扫描的黄土孔隙结构特征研究

孔隙特征作为反映黄土微观结构的重要特征之一,直接影响黄土的水敏性、渗透性和强度等物理力学性质。为了研究水力耦合作用下黄土微观孔隙结构特征,使用CT技术对天然原状、原状饱和与重塑黄土的初始结构以及不固结不排水剪切试验后的土体结构进行了扫描,通过建立黄土三维结构模型,分析了剪切试验前后孔隙结构的演变特征。结果表明：饱和与重塑作用使天然原状黄土的大孔隙减少,剪切作用使天然原状黄土和重塑黄土发生剪切破坏,原状饱和黄土发生压缩破坏,局部孔隙率增加。天然原状黄土与原状饱和黄土在剪切前后均表现为微孔和小孔数量较多,其孔隙倾角主要分布在50°～90°之间,解释了黄土亚稳态结构形成的主要原因。扰动作用使重塑黄土的孔隙尺寸分布均匀,且重塑黄土与原状饱和黄土在水力作用下更易失稳屈服。揭示了黄土剪切变形破坏的微观结构主要表现为粒间胶结物的溶解、孔隙的坍塌与填充以及颗粒旋转、破碎和滑移。试验结果可为黄土剪切强度降低和湿陷机理研究提供依据。     

原状及重塑黄土双轴试验微观力学特征离散元模拟

黄土作为一种特殊的颗粒材料,微观上颗粒组成的结构决定了其力学特性。原状及重塑黄土因结构的差异而具有不同的力学特性。针对黄土结构性如何影响其力学特征这一基本问题,开展基于电镜扫描获取细观颗粒信息,同时考虑颗粒形状、颗粒破碎可能性进行建模的离散单元法进行原状黄土和饱和重塑土在恒定应变速率双轴试验下的宏观力学和细观力学性能研究。研究结果显示:试样微观结构的差异对变形破坏过程产生显著影响。当轴向应力较低时原状黄土及重塑黄土力链多分布于大型骨架颗粒附近,随着轴向应力增加,原状黄土力链形成网状图案但仍具备主要传导区域,重塑黄土无明显主要传导区,呈现均匀网状。原状土及重塑土骨架颗粒簇周围多形成张拉裂隙,剪切裂隙多数形成于骨架颗粒簇内部,又以颗粒簇相互挤压接触时最为明显。使用该建模方法,可以有效反映原状及重塑黄土由于内部结构组成差异导致相同应力条件下产生的不同内部应力状态。基于以上研究结论,给出了黄土结构性对宏观强度影响的微观解释。研究成果可为黄土地区地质灾害防治提供一定依据。使用该建模方法,可以有效反映原状及重塑黄土由于内部结构组成差异导致相同应力条件下产生的不同内部应力状态。基于以上研究结论,给出了黄土结构性对宏观强度影响的微观解释。      

砂土与混凝土顶管界面摩擦特性试验研究

为了揭示不同工况下混凝土顶管-砂土接触面剪切摩擦特性,确定管土、管浆摩擦系数,为顶管施工参数的选取及顶进力的计算提供指导与参考。采用直剪试验研究了5种砂土在不同法向压力、不同剪切速率及不同润滑状态下与混凝土管接触面的摩擦特性。试验结果表明:随着砂土颗粒粒径的增加,砂土与混凝土接触面剪切应力稳定值降低。随着法向应力的增加,砂土界面剪切应力达到峰值或稳定值时的剪切位移增加,同时界面剪切应力-剪切位移曲线的应变软化特性逐渐减弱,应变硬化趋势逐渐增强。无润滑条件下,随着法向应力的增加,剪切应力稳定值增量基本保持稳定或略有降低,泥浆润滑条件下,剪切应力稳定值增量增大;在较低法向压力下剪切速率对砂土剪切应力的影响较小;泥浆润滑条件下,砂土与混凝土接触面剪切应力可降低70%~80%,随着法向应力的增加,润滑效果降低。      

泾河下游黄土台塬区侵蚀诱发滑坡机理

泾河下游黄土台塬区侵蚀诱发的黄土滑坡不仅威胁当地居民的生命财产安全,而且引发严重的水土流失及文物损毁等问题。以该类黄土滑坡为研究对象,在详细地质调查的基础上,取唐家村L2滑坡坡脚原状黄土进行减围压三轴剪切(RTC)试验,研究了饱和黄土的应力、孔压、围压特征以及剪切速率对土体力学行为的影响。结果表明,RTC应力路径下围压率达到0.55时,土体会因偏应力增大而引起塑性剪切破坏;同时,该应力路径下的饱和黄土内摩擦角很小,仅为10.7°;RTC应力路径下的破坏面,十分接近K 0状态面,说明天然斜坡坡脚饱和黄土在小幅水平应力降低条件下易于发生破坏,从而诱发滑坡失稳。     

龙马溪组层状页岩微观非均质性及力学各向异性特征

层状页岩的微观非均质性及力学各向异性对研究井壁稳定以及水力裂缝扩展形态具有重要意义。为了向页岩优化钻井、压裂工艺参数提供一定的理论和试验依据,对沿不同角度取心的页岩试样开展单轴压缩实验,配合场发射扫描电镜、原子力显微镜观测实验和波速测试等,研究龙马溪组层状页岩微观非均质性及力学各向异性特征,并讨论这些物理力学特征对水力裂缝形态的影响规律。结果表明:受层理面的影响,龙马溪组页岩呈现出较强的微观非均质性和宏观力学各向异性特征。具体的,微观孔隙结构特征方面,随着观测方向与层理方向之间夹角β的增大,微观孔隙结构的发育程度逐渐增加,说明气体的储集和空间呈增加趋势;宏观力学特征方面,单轴压缩条件下,随着加载方向与层理方向间夹角θ的增加,页岩试样的破坏模式从贯穿层理面的张拉破坏,先转变为剪切破坏,再变为劈裂-剪切混合破坏;龙马溪组层状页岩的单轴抗压强度、泊松比随着θ的增加呈现出先减小后增大的"U"形各向异性模式,弹性模量、横纵波速则逐渐减小,胶结程度较弱的页岩层理面会先于基质体发生破坏,进而显著影响岩石整体的力学性质;页岩微观非均质性及力学各向异性特征在一定程度上影响压裂过程中水力裂缝的扩展行为,以及停泵后压裂液的渗流路径。研究结果可为页岩压裂工艺参数优选提供一定依据。      

砂砾岩压缩破坏形态及影响因素分析

砂砾岩组成结构和力学特性复杂,研究砂砾岩压缩破坏有利于砂砾岩油藏高效开发。基于三轴压缩实验,建立考虑界面性质的砂砾岩压缩破坏数值模型,研究砂砾岩压缩破坏特征,分析围压、砾石粒径和分布、弱胶结界面及岩样尺寸等因素对砂砾岩压缩破坏的影响。结果表明：与砂岩相比,砂砾岩压缩破坏呈现不规则特性,宏观破坏面与轴向载荷夹角明显增加,甚至接近垂直。随围压增加,砂砾岩破坏面趋于规则;砾石粒径增大时,砂砾岩在砾石分布和弱胶结界面的影响下更易产生不规则破坏面。岩样尺寸较小时,砂砾岩的压缩破坏特征表现出尺寸效应,破坏面为复杂不规则形态;岩样直径为砾石粒径25倍时,破坏面整体规则,围压、砾石粒径和分布及弱胶结界面的影响减弱。该结果对砂砾岩储层钻井、储层改造裂缝形成具有参考意义。     

不同地区饱和原状黄土静态液化特性试验研究

黄土因饱水静态液化而发生突发性失稳破坏,易造成人员伤亡和财产损失。按照颗粒级配的不 同,中国黄土分为砂质、粉质和黏质黄土,不同区域的黄土具有不同的静态液化特性。利用 ＧＤＳ三 轴 试 验 系 统,对陕西神木砂质黄土区（Ｑ３ 黄 土）、甘 肃黑方台粉质黄土区（Ｑ３ 黄土）和陕西泾阳黏质黄土区（Ｑ２ 黄土）原状饱和黄土进行了等向固结不排水三轴剪切（ＩＣＵ）试验,研究了初始孔隙比和颗粒级配对原状黄土静态液化能力的影响。试 验 结 果 表 明:①３个地区的饱和原状土的应力－应变关系均为软化型,在中低围压下泾阳饱和原状黄土不发生液化,仅表现出弱软化现象;②中低围压下,初始孔隙比是影响原状黄土静态液化的主要因素,高围压下,初始孔隙比的影响逐渐减小,颗粒级配成为影响原状黄土静态液化的主要因素。      

黑方台地区马兰黄土渗透特性及结构损伤试验研究

持续引水灌溉改变了马兰黄土的结构,降低了土体的抗剪强度,导致黑方台地区黄土滑坡频繁发生,严重影响着当地居民生命和财产安全。为了明析马兰黄土的渗透过程,取黑方台马兰黄土为研究对象,分别开展核磁共振(NMR)试验及扫描电镜(SEM)试验,以解释此类黄土在不同初始含水率及不同干密度下的渗透特性及结构损伤微观特征。研究结果表明：入渗速率与土体初始含水率呈负相关关系,土体初始含水率越高,其充水微小孔隙增加速率越慢,充水中大孔隙增加速率越快;入渗速率与土体干密度呈负相关关系,且会率先形成高含水率区域,土体干密度越大,其充水微小孔隙增加越慢,充水中大孔隙增加越快。入渗前后对比发现,试样初始含水率越高,微小孔隙增加比例越小,颗粒间接触方式变化越不明显;干密度越大的试样不同孔隙体积基本按等量变化,接触面积明显减少,形成更多的架空孔隙,连通性较好,具有较好的储水能力。入渗后试样原本的致密结构丧失,颗粒破碎严重,部分细长状颗粒向似椭圆状颗粒演化,颗粒间接触方式变为点边接触,粒间胶结作用遭受损伤破坏,甚至部分团粒中颗粒分离、脱落,使得土体强度丧失,最终导致滑坡发生。研究结果可为黄土滑坡的防治提供依据。     

塔中区块高温高压裂缝性气藏封堵层气蚀剪切失效机理

为了深入了解塔中区块高温高压裂缝性气藏封堵层失效问题, 基于储层特征和流体特性的深入分析, 结合封堵层微尺度物理结构特征, 对高温高压裂缝性气藏封堵层失效特征进行了研究, 提出了封堵层气蚀剪切失效概念, 构建了封堵层气蚀剪切失效的物理模型, 并借助颗粒物质力学和液桥理论, 对封堵层气蚀剪切失效过程进行了深入研究, 并基于反向气蚀原理, 开展了室内反向承压实验研究。研究结果表明, 裂缝性封堵层"气蚀剪切"失效作为一种气藏封堵层特有的失效模式, 其发生过程分为3个阶段: 气体扩散降黏破坏、气蚀剪切剥离破坏和气液置换错位剪切破坏; 正向承压6 MPa的统一封堵层, 对于不同属性的流体其抗剪切破坏能力不同, 当反向驱替流体由柴油转变为氮气时, 封堵层的反向承压值由原来的2.0 MPa(22 min)和2.5 MPa(30 min)分别减小到后来的1.5 MPa(10 min)和1.0 MPa(12 min), 综合抗剪切性能降低了约50%, 表明气体具有与液体不同的破坏能力和机制。      

金矿物的性状及其次生作用与地质找矿意义

原生矿床中金的主要性状有自然金与金的碲化物.自然金可分为"明金"和"微细粒金"."明金"的次生作用,使金的成色得到提高,粒度更大,往往有利于残坡积型砂金矿床的形成."微细粒金"的次生作用,常形成卡林型氧化金矿或红土型金矿和铁帽型金矿.显然,以"明金"为主的矿床及金的重砂异常区,不存在找红土型金矿的可能,应寻找脉金矿床.而在有低值金的重砂异常叠加的化Au异常区,有望找到中小型红土型金矿床.     

延安地区水泥原料及其开发可行性研究

延安地区中侏罗统安定组中产有陆相泥灰岩,CaO含量低于30％,且SiO_2、MgO含量高,通常不作为水泥原料。上新统三趾马红土中产有层状料僵石,两者搭配首次在φ1.5×6m普立窑中烧制出质量高的425水泥,为水泥原料贫乏的延安地区开发低品位劣质原料开辟了新途径。     

模拟堆载作用的黄土边坡土体变形机理试验

通过固结不排水剪试验,研究了堆载作用下不同深度、含水量和围压的原状黄土的变形和破坏特征,并从黄土的微观结构角度分析了产生这一现象的原因,结合黄土边坡特殊的工程地质条件,分析了堆载作用下黄土边坡土体的变形破坏过程。试验结果表明,不同深度、含水量和围压的原状黄土的应力应变曲线和抗剪强度具有不同的特征;特殊的工程地质条件,使黄土坡体的某些部位形成了堆载作用下不利于黄土材料强度保持的含水量和围压的组合,导致了这些部位黄土的变形破坏,进而诱发坡体的变形破坏。     

反复入渗对重塑黄土渗透特性的影响

甘肃黑方台黄土经历长期的灌溉入渗破坏了其原生结构，改变了不同深度黄土的颗粒级配，影响了土体的力学性质。为研究反复灌溉入渗对坡体的影响，通过室内土柱渗透试验研究了反复入渗对甘肃黑方台黄土渗透特性的影响，并研究了渗透作用下黄土中细颗粒运移的规律与模式。研究表明:①水力梯度对渗透速率影响较小而干密度对渗透速率影响较大；随着入渗次数的增加，重塑黄土的渗透性能变弱；②黄土在渗流力的作用下，存在细颗粒沿渗流方向运移的现象，且细颗粒在土柱中上部聚集最多；③影响细颗粒运移的因素有:水力梯度、干密度和渗透次数；其中细颗粒的运移量与水力梯度、渗透次数呈正相关，与干密度呈负相关，且水力梯度是影响细颗粒运移的主要因素；④在渗透过程中，细颗粒运移堆积，最终填充土体内孔隙，导致黄土的渗透性下降。      

黄土蠕变特性研究进展

黄土地区重大工程建设引发的崩塌、滑坡、地面沉降等地质灾害,往往与黄土蠕变特性密切相关。从黄土蠕变研究阶段、研究方法、本构模型和蠕变引发的工程灾害等方面进行梳理,归纳总结了黄土蠕变研究的现状,探讨了黄土蠕变研究中存在的问题以及未来研究的趋势。具体来说,(1)在系统梳理国内外研究文献基础上,将黄土蠕变研究分为3个阶段,分别为黄土基本性质研究阶段、黄土工程灾害研究阶段和黄土重大工程研究阶段;(2)从黄土蠕变研究方法出发,分析讨论了黄土蠕变研究中采用的各类方法以及影响黄土蠕变的各类要素,尤其是含水量、干密度以及荷载对黄土蠕变特性的影响;(3)总结了黄土蠕变本构模型的研究特点,评述了包括元件理论本构模型、经验本构模型及半经验半理论本构模型等3类模型的优缺点;(4)对黄土地区常见的边坡、路(地)基、隧道等工程类型的蠕变破坏特征进行了梳理;(5)建立考虑多因素影响的黄土蠕变本构模型、系统研究黄土蠕变微结构的动态演化和微观本构模型及动荷载作用下的蠕变特征,是未来黄土蠕变研究的发展趋势。     

净砂与胶结砂土Trapdoor试验离散元数值模拟

Trapdoor试验是一种广泛应用于隧道工程中的研究方法,可以对隧道开挖等引起的结构上应力分布变化进行分析。利用净砂与胶结砂土Trapdoor试验离散元模拟研究土体破坏形态、自由门上土压力分布、颗粒位移以及颗粒转动情况。结果表明:净砂和胶结砂土破坏形态相似,从自由门中心向两侧可以划分为破坏区、剪切带以及影响区域;破坏区内颗粒位移较大,剪切带内颗粒转动明显;与净砂相比,胶结砂土破坏土体表面形成裂缝,由于胶结的存在使得剪切带较窄,土体破坏范围和自由门上土压力都较小。     

黄土路堑高边坡稳定性分析新方法——特殊滑裂面快速搜索法

黄土路堑高边坡自身的特点,决定了其失稳破坏时滑裂面的特殊特征.综合考察大量失稳黄土高边坡实例,发现其滑裂面剖面形态多呈上陡下缓的"L"形.利用传统稳定系数的概念进行分析,与实际情况出入较大.利用数学方法,将黄土路堑高边坡的滑裂面概化为"抛物线"形,推导出其稳定性分析表达式,建立特殊滑裂面快速搜索的方法.实际检验表明,该方法弥补了其他分析方法的不足,更符合实际.