水岩作用下泥质板岩软化非线性机制研究

水岩作用下泥质板岩表现出明显的软化特征。通过单轴压缩试验分析了泥质板岩软化过程中单轴压缩强度、弹性模量和泊松比与吸水时间之间的关系;借助核磁共振试验研究了水岩作用下泥质板岩软化过程中孔隙的产生、扩展和贯通规律,分析了泥质板岩软化过程中孔隙度与吸水时间之间的关系;采用电镜扫描试验分析了水岩作用下泥质板岩软化过程中微观结构的演变规律,基于分形理论研究了不同浸泡时间下泥质板岩分形维数的变化规律;运用非线性动力学理论,选取微观结构孔隙形状分维值、孔隙度、单轴抗压强度、弹性模量作为描述泥质板岩与水溶液相互作用系统的变量,建立了水岩作用下泥质板岩的软化模型,结合试验数据验证了模型的适用性。结果表明:泥质板岩单轴抗压强度、弹性模量随吸水时间增大而减小,呈负线性相关,而泊松比与吸水时间之间的关系不明显;在浸泡初期,水岩作用强烈,泥质板岩内部微孔隙会发生扩展贯通进而形成更大尺寸的孔隙,孔隙度在浸泡初期增长较快;随着浸泡时间的延长,水岩作用减弱,孔隙度增长速率趋缓;随着吸水时间的推移,泥质板岩内部孔隙相互连通,进而形成复杂网状结构的大孔,泥质板岩分形维数呈对数增长,最终趋于稳定;采用非线性模型计算的结果与试验数据较接近,说明泥质板岩的软化过程具有明显的非线性动力学特征,利用非线性动力学模型可以较好地表征水岩作用下泥质板岩的软化规律。研究成果可为软岩−水相互作用理论研究提供参考。

三峡库区柏堡滑坡变形机理及稳定性预测分析

基于地质勘查资料与监测数据,分析了柏堡滑坡的变形特征,研究了滑坡变形失稳机理;利用Geo-Studio进行了不同工况下的滑坡稳定性分析及预测。结果表明:地形地貌、地层岩性是柏堡滑坡变形的主控因素,大气降雨是滑坡变形的直接诱发因素,在内外因素的综合影响下,促使滑坡变形失稳;滑坡变形与持续性降雨和强降雨关系十分紧密,其中持续性降雨对柏堡滑坡变形影响更大,若出现持续性降雨,滑坡存在发生整体变形的可能性。

落石碰撞法向恢复系数的试验研究

在工程防护设计中,落石运动路径计算的准确性主要依靠于法向恢复系数的取值。室内物理模型试验利用DIMS9100分析系统对落石碰撞运动过程进行捕捉,采集不同落石大小、边坡坡度、入射速度和坡面材料条件下的速度参数,分析碰撞前后速度参数得到法向碰撞恢复系数取值。研究表明:法向恢复系数的取值与落石大小和入射速度的相关性不显著,仅受边坡坡度和坡面材料的力学性质影响;随土层、仿真草坪、混凝土的边坡坡度增大,相应的三种材料的刚度也增大,对应的法向恢复系数同样呈现出递增的趋势;实际工程应用时,考虑边坡坡度和坡面材料两种因素所取得的落石碰撞法向恢复系数区间为0.32~0.62,法向恢复系数相对已有的研究成果取值偏小,说明物理试验过程中速度在法向上折减程度相对较大。

富水环境下板岩膨胀过程宏-细-微观机制研究

为研究富水板岩宏观膨胀过程与微细观演化的关联性,从湖北省竹溪县板岩膨胀性问题出发,通过侧向约束下的膨胀率试验及恒体积条件下的膨胀力试验,探究板岩膨胀的宏观变形规律;利用X射线衍射(XRD)试验来确定岩样矿物的类型,通过扫描电子显微镜(SEM)试验观察板岩吸水后的微观结构及形态变化,分析板岩吸水膨胀的内部因素及微观结构演化规律;通过核磁共振(NMR)试验,得到板岩的T2谱分布,探究板岩泥化膨胀过程的细观机制。研究结果表明:在富水环境下,板岩的膨胀率以及膨胀力前期增速比较大,随着时间的推移,膨胀速率趋缓,最终膨胀率趋于定值,而膨胀力达到最大值后,呈现微幅降低的过程;随着浸泡时间的延长,黏土矿物含量总体呈现递增趋势,溶液趋于弱碱性;天然板岩T2谱分布呈现双峰形状,且以小孔隙为主,遇水后呈现三峰分布,内部开始出现大孔隙,孔隙总体积表现为先增后减,在浸泡2h时孔隙体积最大;吸水后板岩矿物颗粒开始膨胀,引起颗粒体积增大,颗粒间接触力增大,在宏观上表现为应力、应变张量的增大,解释了板岩膨胀变形与膨胀力产生的内部缘由。黏土矿物的微量溶解,使得膨胀应力微减,解释了达到最大膨胀应力后的微降现象。以宏观-细观-微观尺度研究板岩的膨胀特性,以期建立板岩宏观膨胀过程与微细观结构之间的关系,可为膨胀岩膨胀机制研究提供理论支持。