分级循环卸-加围压下粉砂岩的力学特征

针对不同的实际工程,开展不同应力路径的试验来研究岩体的力学特性是解决实际问题的关键。为研究粉砂岩在围压循环卸-加载特殊应力路径下的力学特征,采用MTS815岩石力学测试系统开展不同轴力水平下分级循环卸-加载围压试验,研究不同轴力水平下轴、环向塑性应变及弹性模量的演化特征,并结合耗散能量的计算,分析能量演化与试件变形破坏之间的关系。结果表明:随着循环次数的增加,滞回环向应变增大方向移动,卸-加围压下应力-应变曲线逐渐闭合,滞回环间距整体表现为由“疏”到“密”的变化特征;单一变量时,围压卸载等级越低弹性模量越低,轴力水平越低弹性模量越高,弹性模量受轴力水平和围压卸载等级两种参量共同作用;单次循环中环向塑性应变在数值上总是大于对应的轴向塑性应变,循环卸-加围压特殊应力路径下,高轴力水平下岩石抵抗塑性变形的能力要强于低轴力水平;岩石破坏最终所耗散的总能量与轴力水平一定程度上呈线性正相关。

泥质粉砂岩地层盾构隧道管片上浮影响因素

[目的]盾构隧道穿越富水泥质粉砂岩地层时会出现多环管片整体上浮的现象,导致管片出现破损、错台、姿态超限等质量缺陷。为保证盾构隧道成型质量,需对管片上浮影响因素进行研究。[方法]基于盾构隧道纵向刚度折减理论和管片施工阶段受力特点,建立管片施工期纵向整体上浮有限元分析模型,研究管片衬砌结构纵向刚度及动、静浮力因素对盾构隧道长距离、大范围上浮挠曲变形的影响规律。[结果及结论]管片上浮影响因素主要包括静浮力因素、动浮力因素和姿态控制因素。管片最大上浮量发生在脱离盾尾第5环—第8环处。纵向刚度越小,最大上浮位置越靠近盾尾;纵向刚度越大,隧道越呈现长范围整体抬起现象。当水头高度位于管片顶部以上时,管片上浮量不随静水头高度而改变,且静水浮力造成的管片上浮量不超过30%。管片环最大上浮位置不随注浆压力的改变而改变,注浆压力仅影响管片最大上浮量,且最大上浮量与注浆压力线性相关。

循环荷载作用下干燥与饱和泥质粉砂岩变形特性及其能量演化规律

泥质粉砂岩是岩土工程中常见的亲水性岩石,受水和循环荷载作用力学特性变化显著。因此,系统地研究不同干湿条件下泥质粉砂岩在循环荷载作用下的力学行为对指导工程设计、提高灾害预报的准确性具有重要意义。对湖北十堰泥质粉砂岩干燥与饱和试样进行了不同频率和围压下的三轴循环加载试验,对比分析了干燥与饱和试样的强度与变形特性以及频率和围压对其力学特性的影响,并从能量角度阐明了泥质粉砂岩在循环荷载下的力学机制。结果表明:(1)与干燥试样相比,饱和试样强度和模量明显下降,滞回圈向应变增大方向移动更明显;(2)干燥试样变形随频率增加较小,而频率增加则会明显加速饱和试样的劣化;(3)较小的围压可限制饱和试样裂隙发展,但围压过大则会加速饱和试样破坏;(4)高频下干燥试样能量消耗率与耗散能小于低频情况,饱和后耗散能随频率增大而增加,低围压下饱和试样耗散能基本不变,围压较大时耗散能增加显著;(5)围压增加,干燥试样破坏形态变为共轭剪切破坏,饱和试样破坏面角度增大。

风化泥质粉砂岩路基固化改良性能研究

采用水泥、粉煤灰、矿渣、石灰、钙基膨润土和羟丙基甲基纤维素(HPMC)作为固化剂,对风化泥质粉砂岩进行固化改良处理。结果表明:按上述原料用量分别为34.8%、15.0%、30.0%、15.0%、5.0%、0.2%制备固化剂,且固化剂用量为风化泥质粉砂岩的5%,用水量为固化剂质量的1.9倍时,固化改良后的风化泥质粉砂岩工程性质最优,固化试件7 d无侧限抗压强度、7 d饱水无侧限抗压强度和水稳定性系数分别达1.68 MPa、1.55 MPa和92.26%,符合公路路基设计规范值要求。固化剂中无机胶凝材料的水化作用、有机聚合物胶凝作用、改变电动电位作用和各组分之间相互作用所产生的协同效应,共同提高了风化泥质粉砂岩的水稳定性、强度和整体性。与原计划施工方案相比总施工成本可降低约20%。

持力层为白垩纪-古近纪中风化泥质粉砂岩单桩竖向承载力性状研究

白垩纪-古近纪中风化泥质粉砂岩为软岩,饱和单轴抗压强度标准值frk变化范围大。为确定当桩基持力层为该层时,在何种情况下按照嵌岩桩计算更为经济合理,结合工程实例,基于《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG 3363—2019)分别按照摩擦桩和嵌岩桩对桩基承载力允许值进行计算,并与自平衡桩基承载力测试结果进行对比,经过对比分析,得出如下结论:①在中风化泥质岩地区,当桩基L/D比值较大时,桩基加载时桩身和周围土体相对位移较大,使侧摩阻力得到发挥,桩端阻力占总荷载的比例在30%以下都是正常的;无论桩端岩体性质如何,桩基总会呈现摩擦桩的特征。②当桩周岩石饱和单轴抗压强度frk≥2.0 MPa时,采用嵌岩桩公式计算结果更为冒进;但通过试桩成果可以看出,极限承载力约为计算值的2倍以上,因此也可采用嵌岩桩公式计算。③自平衡法试桩结果与理论计算趋势一致,因此当桩周岩石饱和单轴抗压强度frk≥2.0 MPa时,按照嵌岩桩计算结果可行,其结果可信。

圆形抗滑桩在泥质粉砂岩滑坡处治中的应用

文章以某公路泥质粉砂岩滑坡处治工程为例,结合区域地质资料与工程地质勘探,分析滑坡特征及原因。采用Geo-slope软件Morgenstern-Price法,在反算岩体参数的同时,计算边坡剩余下滑力。根据边坡下滑力采取直径为2 m的圆形抗滑桩进行边坡主体加固,并设置长泄水孔进行坡体排水,保障了边坡的安全稳定,可供类似边坡防护处治参考。

强风化粉砂岩路堑高边坡防护动态设计及施工质量控制

山区高速公路高边坡防护的设计与施工质量关乎到施工人员安全及边坡稳定,特别是高边坡岩土体结构为强风化粉砂岩时,强降雨会诱发岩土体产生显著的时效变形,导致边坡防护结构的变形和破裂,进而引发局部拉裂垮塌。文章以广西某高速公路8级高边坡的综合防护设计及病害处理工程为依托,基于高边坡岩层地质情况及变形滑动特性,结合原有高边坡的防护结构,通过变更设计、增设锚筋桩加强支护等方式来控制岩土体的变形开裂。结果表明,在经过加强支护的动态设计,并严格控制施工质量后,边坡变形开裂得到了很好的控制,防护效果良好。

强风化粉砂岩路用性能与压实技术

为了解强风化粉砂岩的路用性能,分析了强风化粉砂岩的矿物成分,易溶盐总量和碳酸钙含量,吸水率和饱和吸水率,自由膨胀率,液限和塑限等指标,同时进行了击实试验和承载比(CBR)试验。并在试验路段进行强风化粉砂岩填筑和碾压施工,然后按要求压实,以掌握其路用性能。试验表明,根据规范要求开展碾压施工,上路堤和下路床的压实度均合格,并且填料的碾压遍数和平均压实度相关性良好。

泥质粉砂岩地质条件下隧道支护过程仿真分析

文章依托某高速公路强风化、中风化泥质粉砂岩地质下隧道洞身段施工,采用Midas GTS软件对隧道洞身掌子面的施工过程进行模拟分析,通过对隧道开挖、初期支护、仰拱回填及二次衬砌施工过程进行分析,得到了不同工况下隧道岩体的变形、结构应力和锚杆轴力数值变化规律,并与隧道实际施工现场的监测数据进行对比。结果表明:实测数据与仿真数据结果基本吻合,数值仿真可有效指导实际施工,也进一步证明了项目的支护措施可起到有效加固隧道围岩的作用。

广东地区泥质粉砂岩地层的综合研究

在广东,泥质粉砂岩凭借独特的物理力学禀赋,在地质科学探索与施工实践活动领域中占有了重要地位。这篇文章深入且普遍地分析了该区域泥质粉砂岩地层的地质特点、形成原因机理、物理力学行为以及在工程实践中应用,利用缜密的现场勘探、细致的实验室测试、深层次的理论阐释以及典型的工程实例解析,系统性地阐明了该地层的多维度性质。从而,这篇文章有针对性地提出了一系列施工策略与技术措施,目的在于从容应对泥质粉砂岩地层带来的挑战,为广东相关工程项目的顺利开展带来了极具实用价值的参考原型。

深埋富水泥质粉砂岩地层泥水与土压平衡盾构施工分析

通过分析深埋富水地层泥水盾构与土压盾构掘进影响因素,针对影响因素采取针对性措施,克服土压平衡盾构在深埋富水地层中螺旋机易喷涌、设备易出现故障、出渣困难、渣土处理困难的难题;克服泥水平衡盾构在深埋富水地层中环流不畅、结泥饼的难题。通过对比分析及实际验证得出在深埋富水地层中泥水平衡盾构更具优势的结论,采取的措施及在此类施工工况下盾构设备选型可供类似工程进行参考。

综合管廊盾构区间下穿珠江泥质粉砂岩施工技术

以广州综合管廊盾构区间下穿珠江及大坦沙岛房屋群项目为研究对象,通过施工前准备、试验段初拟施工参数,对穿越段针对性地实施施工组织和技术措施,总结出盾构区间下穿河流和房屋集群的施工方法,顺利完成了施工任务。

泥质粉砂岩地层土压平衡盾构碴土改良技术研究

针对南昌地区粘土矿物含量较高的泥质粉砂岩地层,文章依托南昌地铁1号线盾构工程,对泥质粉砂岩碴土进行了改良试验,对比分析了室内碴土试验和现场碴土试验结果,提出了FIR值的修正系数。研究结果表明：采用泡沫剂对泥质粉砂岩进行改良时,碴土含水率应控制在16%~30%,碴土的FIR值取20%~35%;土舱中碴土的FIR计算值与FIR实际值存在一定的区别,需对碴土的FIR理论计算值进行修正,修正系数取0.59~0.76。

泥质粉砂岩高围压三轴压缩松弛试验研究

高应力条件下应力松弛特性是岩石长期力学特性研究的重要方面,开展了泥质粉砂岩围压为15~35 MPa的三轴松弛试验研究。高围压下应力松弛曲线的分析表明,岩石的应力松弛可以分为衰减松弛和稳定松弛两个阶段。当松弛初始应力水平较低时,试样主要以衰减松弛为主,很快趋于稳定,当松弛初始应力水平接近岩石峰值应力时,应力松弛明显增大,并出现明显的稳定松弛阶段。不同围压条件下,试样松弛曲线对比分析表明,松弛初始应力水平较低时,岩石处于黏弹性阶段,围压对岩石松弛特性的影响相对较小,随着松弛初始应力水平的增大,当应力水平接近峰值应力时,岩石的应力松弛将随围压的增大而减小。基于三轴松弛试验结果的分析,建立了能够反映泥质粉砂岩三轴松弛特性的西原模型,并验证了模型的合理性。

泥质粉砂岩地层土压平衡盾构渣土改良技术

以南昌地铁1号线5标为工程依托,采用室内试验和现场验证对泥质粉砂岩地层土压平衡盾构渣土改良技术。通过坍落度试验得到泥质粉砂岩渣土最佳坍落度为17~20 cm,并对渣土改良进行分析及数学公式拟合,得到坍落度与含水率和泡沫比的函数关系式。依据黏度指数的要求,确定渣土改良参数的取值范围:含水率范围为19.2%~23.2%,泡沫比范围为14.2%~36.6%。基于室内试验得到的现场施工渣土改良参数:盾构施工每环管片注水量范围为6.5~9.9 m3,泡沫剂注入范围为26.0~67.0 L。考虑盾构施工时改良参数相互影响,提出渣土改良精细化控制措施。通过现场实施验证,不仅渣土改良参数得以稳定控制,改良剂用量减小了22.0%,而且掘进参数也明显降低,渣土改良精细化控制效果显著。

干湿循环对岸坡粉砂岩劣化作用试验研究

三峡库区30 m消落带的岩质岸坡是一个脆弱敏感地带,其岸坡岩体质量及其劣化规律日益成为人们研究的重点。选取三峡库区消落带巴东段某典型岸坡的紫红色粉砂岩为研究对象,通过现场钻探取芯、室内试样加工和"烘干-饱水"循环试验手段,对红层粉砂岩试样进行了单轴压缩和耐崩解试验研究。试验成果表明:研究区粉砂岩属于较坚硬岩,其单轴压缩强度随干湿循环次数增加而降低,经过20次干湿循环后,粉砂岩强度软化呈较软岩特征;粉砂岩具有高耐崩解性,耐崩解性指数Id与循环次数N呈对数关系,Id随N的增加而降低,Id下降速率随N的增加呈放缓趋势发展;相同循环次数条件下,高程越高的粉砂岩试样其Id越低。试验研究成果对三峡库区消落带岸坡岩体的劣化机理和岸坡稳定性分析等具有一定的参考价值。

粉砂岩三轴压缩条件下细观损伤特征的定量研究

首先利用RMT-150B岩石伺服试验系统,以不同围压(2,4,6,8,10 MPa)分别对大坦沙工程粉砂岩试样进行三轴压缩试验。然后,利用扫描电镜(SEM)拍摄得到的大量细观损伤图片,运用数字图像技术获取微裂纹的细观几何信息,从方位角、长度、宽度、面积和数量对不同围压条件相应的粉砂岩细观尺度微损伤特征进行统计分析。研究结果表明:三轴压缩条件下粉砂岩微裂纹的方位角、长度和宽度基本服从广义极限分布;微裂纹的方位角主要集中在与σ1作用方向成35°附近;随着围压的增长,仅有小部分微裂纹在长度尺寸上出现较大幅度的增长,而绝大部分微裂纹在宽度尺寸上基本不发育;经历三轴压缩试验的粉砂岩试样的能量耗散方式,主要以数量和长度两个方式进行。

前寒武纪与微生物席相关的粉砂岩岩墙——以天津蓟县古元古界串岭沟组为例

在天津蓟县剖面古元古界串岭沟组下部的环潮坪相粉砂质泥页岩细粒沉积中,发育许多粉砂岩岩墙。由于该粉砂岩岩墙在层面上和层内具有特别的形态,因而对其成因具有多种解释:在层面上呈纺锤状粉砂岩裂缝以及在层内呈砂质充填管形态,从而被认为是最古老的后生动物遗迹化石;在层内呈弯弯曲曲的粉砂岩岩墙以及明显的流体化作用特点,所以又被解释为地震振荡作用形成的液化砂岩脉。显微镜下,这种岩墙具有明显的富残余有机质构成的边界,以及由粉砂颗粒相对聚集所显示出的明显的流体化作用特征;再加上与这种粉砂岩岩墙共生的沉积构造主要是皱饰构造,局部还发育变余波痕,由此表明沉积面上曾经发育过微生物席。因此,这种粉砂岩岩墙应该解释为沉积面在曾经被微生物席封闭的情况下,相对富含有机质的细粒沉积物在早期成岩作用过程中所发生的脱气作用和脱水作用的产物,最终可以归为由微生物形成的沉积构造的一种类型。

微环境对龙游石窟粉砂岩风化的影响

通过龙游石窟2号洞离洞口较近的洞内围岩的风化程度比离洞口较远的洞内围岩的风化程度更为严重的事实来论证微环境对粉砂岩风化的影响。为了描述围岩风化的严重程度,利用橡皮泥压模法对龙游石窟2号洞洞口附近围岩和洞内围岩的凿痕深度进行了量测。量测结果表明,洞内围岩凿痕的最大高差和最大起伏度的平均值分别为10.2mm和0.43。与之相比,洞口附近围岩凿痕的相应值都较小,分别为8.0mm和0.35。以上数据说明洞口围岩凿痕的风化深度较大,粗糙程度较小,被"磨平"的趋势更严重。作者认为,2号洞洞口附近和洞内的微环境差异(主要包括降水、温度、光照和苔藓等)造成了上述围岩风化程度的差异。

含水率对泥质粉砂岩强度损伤及声发射特征影响的研究

煤系沉积岩体原生及采动裂隙为水-岩作用提供了渗流通道,且受其组分和胶结类型等因素的影响,水作用下煤系沉积岩体力学性质改变显著。采用X射线衍射仪、无损浸水试验装置和煤岩力学性质测试系统,分析了泥质粉砂岩矿物组分,测试了其含水率随时间变化规律,并探讨了含水率影响下泥质粉砂岩强度损伤演化特征。研究结果表明:泥质粉砂岩中高岭石、伊利石和绿泥石等黏土矿物占矿物成分的62%;根据岩样含水率随浸水时间的变化趋势,将其划分为快速增长(0~25 h)、缓慢增长(25~85 h)及恒定(85 h~)3个阶段;由干燥到饱和,岩样的单轴抗压强度降低了47.72%,弹性模量降低了18.36%;随着含水率的增加,岩样破坏形式由剪切破坏逐渐向拉张破坏转化;应力、累计AE计数与时间变化关系曲线能阐明裂隙扩展的各个阶段,其中,裂隙不稳定扩展阶段和峰后阶段声发射活跃;除含水率1.6%的岩样外,声发射定位结果与岩样实际破坏迹线大致相符;加载初期,岩样内部在中心位置产生剪切裂隙并扩展,裂隙和能量逐渐向外围扩散,后期产生拉剪复合裂隙。研究成果对于煤矿地下水库坝体设计、富水巷道顶板岩层控制等工程中涉及的水岩作用问题研究提供了有益参考。