Correlations between ultrasonic pulse wave velocities and rock properties of quartz-mica schist

Physico-mechanical properties are critically important parameters for rocks. This study aims to examine some of the rock properties of quartz-mica schist（QMS） rocks in a cost-effective manner by establishing correlations between non-destructive and destructive tests. Using simple regression analysis, good correlations were obtained between the pulse wave velocities and the properties of QMS rocks. The results were further improved by using multiple regression analysis as compared to those obtained by the simple linear regression analysis. The results were also compared to the ones obtained by other empirical equations available. The general equations encompassing all types of rocks did not give reliable results of rock properties and showed large relative errors, ranging from 23% to 1146%. It is suggested that empirical correlations must be investigated separately for different types of rocks. The general empirical equations should not be used for the design and planning purposes before they are verified at least on one rock sample from the project site, as they may contain large unacceptable errors.

强风化云母石英片岩原位直剪试验研究

强风化片岩难以采取原状试样开展室内试验获取岩体力学强度参数,原位直剪试验是获取强风化片岩抗剪强度参数的可靠途径。原位直剪试验研究表明,强风化片岩整体呈弹塑性破坏特征,在抗剪断强度达到峰值后,剪切位移急剧增大,剪应力未出现陡降,即残余强度效应不明显。同时,强风化片岩抗剪断内摩擦角呈显著的各向异性,随预设剪切面与层理面夹角的增大而增大,当夹角为零即沿层理面剪切时内摩擦角值最小;强风化片岩的黏聚力与剪切方向相关性不明显,主要受岩体内石英、云母等矿物成分含量的高低影响。基于原位直剪试验成果,开展强风化片岩高边坡防护工程优化设计的成功实践表明,加大勘察成本投入,通过原位试验获取可靠的抗剪强度参数,可保证高边坡支护设计方案的安全性和经济性。

抽水蓄能电站云母石英片岩各向异性特性试验研究

云母石英片岩的各向异性特征对抽水蓄能电站地下洞室围岩稳定性影响较大。通过岩矿鉴定、室内压缩实验、直剪试验、点荷载现场试验等手段,分析了云母石英片岩强度、变形的变化规律,研究了不同风化程度的云母石英片岩在不同加载方向上的各向异性特性。结果表明:在漫长地质历史过程中经历各种地质作用,云母石英片岩的矿物形成了强烈的定向排列结构,使云母石英片岩具有明显的片状构造,从而导致云母石英片岩在力学性质上具有明显的各向异性;在不同方向荷载作用下,云母石英片岩的抗压强度、变形模量、弹性模量均表现出一定的各向异性,随着水平与片理面夹角的增大,云母石英片岩的单轴抗压强度、变形模量、弹性模量先减小后增大,均呈现出“U”型的变化规律;水平与片理面夹角α为0°时,岩石破坏为压密剪切破坏,α为40°时,岩石破坏为复合剪切破坏,α为70°时,岩石破坏为典型层面剪切破坏,α为90°时,岩石破坏为劈裂张拉破坏;直剪试验指出片理面间的粘结强度较低,在荷载方向与片理方向平行时易产生错动,反应了云母石英片岩的各项异性;通过点荷载试验,不同风化程度不同加载方向的云母石英片岩点荷载强度呈现出明显的各向异性,平行片理面的强度主要由片理层间的胶结强度提供,而非云母石英片岩本身的力学强度特性,同时云母石英片岩的各向异性程度随着风化程度减弱而稍有减弱。

软硬组合薄层片岩隧道初支结构稳定性分析

为提升高速铁路隧道软硬组合薄层片岩变形段初支结构的稳定性,采用监测初支结构位移变形、初支背部围岩压力、初支钢架应力及围岩深部位移等方式,通过分析各部位位移及应力监测数据变化规律,提出初支结构快速成环、局部增强喷射混凝土强度、薄层片岩区增加锚杆长度及径向注浆等方法,为控制软硬组合薄层片岩隧道初支结构变形与混凝土开裂提供技术参考。

近距平行构造环境中片岩公路隧道大变形机理及判别

近距平行地质构造环境中的得荣一号隧道开挖掘进至深埋段以来曾多次出现大变形问题,严重影响施工安全并制约工程建设工期。为采取有效防治措施以控制隧道围岩大变形,根据大变形洞段监控量测数据、围岩变形特征及初期支护变形破坏特征,对隧道围岩大变形的受控因素、变形破坏机制进行综合分析。研究结果表明:隧道围岩大变形是在软弱围岩、破碎岩体结构、高地应力、地下水及严重偏压等因素的相互耦合作用下,受工程因素的促发影响,主要由软岩塑性流动变形、塑性剪切滑移变形、陡倾层状弯曲变形和累进性松脱扩展变形机制复合而致。在此基础上,根据现行交通行业规范结合隧道大变形洞段变形特征,总结公路双车道隧道施工现场围岩大变形分级判定综合指标方案,为指导隧道施工设计提供合理、可靠的依据。

某铜钼矿选矿工艺技术试验研究

对河南某矿区片岩型铜钼矿石,采用钼铜异步混合浮选再分离—硫浮选工艺流程,获得钼精矿品位为47.02%、钼回收率87.91%,铜精矿品位14.33%、铜回收率82.61%的较好指标。为开发利用该类型中低品位铜钼矿资源,提供了技术依据。

丹巴水电站石英云母片岩力学特性及岩体质量分类

按水电行业HC法将丹巴水电站片理状岩体质量分类定为IV类,围岩稳定性差。通过对丹巴石英云母片岩的宏细观力学特性试验,提出石英云母片岩的"似块状"岩体结构,对岩体质量分类进行合理修正。通过单轴压缩试验、不同围压下真三轴试验表明,高应力作用下片岩的各向异性不明显,并通过薄片的细观试验提出丹巴石英云母片岩并非"层状结构"岩体结构,而是"似块状"结构。在此基础上,对丹巴水电站引水隧洞岩体质量分类进行了修正,隧洞围岩以III类为主。最后,通过现场回弹测试、声波检测和变形分析表明,围岩自稳能力强,修正后的分类标准具有良好的适用性。因此,研究不同应力环境下特殊岩石的力学特征对于岩体质量分类具有重要意义,可为同类水电工程围岩分类提供借鉴。

丹巴水电站高埋深下含片理试验洞稳定性研究

四川大渡河丹巴水电站引水隧洞周围岩体以石英云母片岩为主,具有不同片理角度,在高埋深下对隧洞围岩稳定性的影响尤其值得关注。为了引水洞的安全施工,有必要对模拟探洞进行充分研究,利用有限元分析程序ANSYS和大型岩土工程差分软件FLAC3D,研究高埋深条件下岩体稳定性及片理角度对隧洞围岩稳定性的影响,设计埋深为600 m、800 m、1 000m与1 200 m,选择最不利埋深进行片理角度模拟研究,研究结果表明:随着开挖埋深的增加,洞室围岩的位移基本呈线性增加,出现明显的应力集中现象,埋深越大应力值越大并且随着片理角度的增大而愈加显著;开挖后洞室周围出现明显的塑性区,先是在洞壁出现,埋深越大塑性区范围越大,最终在洞室周围呈剪状分布,最后建议模拟试验洞的开挖宜选择高埋深条件下陡倾角片理面成洞,以此来反映最不利情况。

深埋绿泥石片岩变形特征及稳定性分析

根据锦屏二级水电站绿泥石片岩的特点,在同一断面综合采用变形、应力和钻孔电视多种监测手段,分析围岩内部的力学状态。为了更加深入地认识绿泥石片岩的工程力学特性及其对变形破坏机制的影响,开展单轴和三轴压缩试验、灌浆渗透性试验和三轴流变试验,揭示绿泥石片岩变形、破坏和失稳的多方面原因,并为支护措施的确定提供参考意见。绿片岩洞段的围岩稳定主要取决于衬砌结构能否抵挡流变和遇水软化2种作用导致的挤压效应,通过引入软化系数和退化的Burgers流变模型,从衬砌结构的受力角度对围岩稳定性进行评价,数值计算结果表明衬砌结构具有相当高的安全裕度。

青海滩间山金矿床地质特征和控矿因素分析

滩间山金矿床产于中元古界万洞沟群碳质糜棱片岩和华力西晚期侵入岩中。矿床是在热水沉积、区域变质和热变质的预富集基础上，与区域进变质型绿片岩相韧性剪切带的退化演化同步，经历了脆韧性、韧脆性和脆性剪切变形成矿阶段的演化，并遭受华力西晚期侵入岩浆活动相伴的热液成矿作用的叠加改造形成的。不同时期、不同成矿作用的叠加和多种有利因素的结合控制了滩间山金矿床的形成。经生产实践证实。

三轴压缩下水影响绿泥石片岩力学性质试验研究

为了解西安黑河水利工程坝肩绿泥石片岩的力学特性,利用RMT–150C岩石力学多功能试验机,分别对干燥和饱水状态的绿泥石片岩进行三轴压缩试验。基于试验结果,比较试样在不同围压作用下的力学性质,详细讨论水对试样强度和变形特性的影响规律,重点研究峰值强度、残余强度、软化系数、峰残差、峰残强降率、弹性模量及变形模量等强度变形指标的围压效应,最后分析三轴压缩状态下岩石的破坏类型及机制。结果表明,绿泥石片岩属于水敏型岩石,水对各个强度和变形特性的影响是显著的,并随着围压呈一定规律的变化。

吐格尔明背斜核部片岩的年代学与构造意义

盆地基底是制约盆地形成演化与构造变形的关键因素之一,研究盆地基底是剖析盆地构造特征的重要途径。塔里木盆地北部处于负磁异常区,推测其基底为变质沉积岩。本文对这一推断利用塔里木盆地北部库车坳陷吐格尔明背斜核部出露的元古宙片岩进行了锆石U-Pb年代学和岩石地球化学研究。研究表明,片岩中锆石的206Pb/238U年龄集中在(775.3±5.8)Ma～(787.1±6.8)Ma,表明它们形成于新元古代早期,代表约800 Ma发生的晋宁运动,这一构造事件形成了塔里木盆地北部的基底。片岩SiO2含量大于70%,长英质组分含量高,Al2O3、K2O富集;稀土元素总量(ΣREE)平均为166×10-6,稀土元素配分曲线呈微右倾型,具有弱的负Eu异常;高场强元素Ta、Nb、Ti等具有负异常,大离子亲石元素Rb、Ba等具有正异常。通过原岩恢复,判断该变质岩是一套由石英砂岩类变质形成的副变质岩。这与塔北航磁负异常特征吻合,这种性质的基底强度较小,在后期表现出构造沉降幅度大与构造变形强烈。

鄂西北武当群片岩隧道围岩分级标准探讨

针对鄂西北地区武当群片岩分布广、地质条件复杂多变给隧道工程建设带来较大困难,基于十白、谷竹等高速公路50余座隧道施工阶段的地质调查资料及已有成果,通过分析武当群片岩的地质特征及岩石力学特性,研究了基本质量指标修正值围岩分级法对武当群片岩的适用性,指出在围岩分级过程中应考虑片岩的水敏性和各向异性的影响,并利用地质调查统计及数值模拟计算等手段得出考虑片岩水敏性和各向异性影响的围岩分级修正方法。

安徽省宿松变质杂岩岩石学特征和锆石U-Pb年龄研究

宿松变质杂岩的变质程度和变质年龄一致为人们所关注,且争论较多。为此,本次研究选择了宿松变质杂岩中3个石榴云母片岩进行了细致的分析。岩相学分析显示,该杂岩至少经历了3期变质事件,峰期变质矿物组合为石榴石+白云母+黑云母+斜长石+石英+帘石+金红石+方解石+磷灰石,没有任何超高压或蓝片岩相变质特征的印迹。温压评价表明,宿松变质杂岩峰期变质条件为T=460～540℃和P=0.85～1.10GPa,属于绿帘角闪岩相变质范畴。对这3个岩石标本的锆石U-Pb测年研究则表明,宿松变质杂岩具有4组年龄,其中来自锆石核部的年龄有3组,年龄分别为2.38～2.56Ga、1.97～2.19Ga和0.78～0.9Ga,均为碎屑锆石年龄,反映了该杂岩的物源的构成复杂性。来自锆石边部的年龄范围为248～255Ma,其Th/U比值为0.01～0.05,均<0.1,CL图显示边部锆石为片状和云雾状,为典型的变质增生锆石。根据矿物包裹体的拉曼光谱和岩相学分析,这些变质增生锆石为峰期变质阶段形成的,其加权平均年龄251±4Ma应为宿松变质杂岩的峰期变质时间。结合前人岩石学、年代学和构造背景的分析,宿松变质杂岩的北界应位于柳林-麻石沟-山龙一线。

石英云母片岩加卸荷力学特性及其卸荷本构研究

为揭示丹巴水电站石英云母片岩在不同应力路径下的力学性质,针对平行片理组和垂直片理组试件,利用MTS815岩石试验系统分别进行常规三轴压缩试验和升轴压、降围压卸荷试验,系统研究石英云母片岩在加、卸荷应力路径下的力学特性。试验结果表明,常规三轴试验下,平行组试件变形大于垂直组,变形表现出明显的各向异性特性;常规三轴试验下,垂直组试件破裂面形成时先产生主裂纹,再与次裂纹贯通、连接,平行组试件则直接由次裂纹贯通、连接,两组试件破坏面形成方式不同;加、卸荷条件下,峰值强度和残余强度均随围压的增大而增大,且垂直组高于平行组;与三轴压缩试验应力应变曲线不同,卸荷曲线具有明显的跌落段,试件表现出脆性破坏;卸荷条件下两组试件的M-C强度参数明显低于加载试验。结合石英云母片岩的卸荷特性,采用强度各向异性系数表征试件卸荷过程中的各向异性软化,建立横观各向同性岩体的卸荷本构关系,并对其合理性进行验证。研究表明,所提出的本构关系与试验结果具有很高的吻合度,能很好地表征石英云母片岩的卸荷过程。

片岩三轴蠕变特性及蠕变模型研究

在云南澜沧江流域,发育了大量的倾倒变形体。软硬岩互层的岩体结构是该流域形成倾倒变形体的重要原因。软岩的岩体力学参数是研究倾倒变形体的关键点。为了研究其变形机制,采用YSJ-01-00岩石三轴蠕变实验机,在恒温条件下,对片岩进行三轴蠕变实验;采取Burgers模型对其流变曲线进行辨识,并确定模型参数。试验结果表明,该种岩石长期强度只有瞬时强度的0.71倍。通过对实验曲线的研究,本文系统分析了片岩在蠕变条件下的变形特征和力学特征。着重探讨了加速蠕变阶段的轴向应变-应变率-偏应力关系特征。为预测和评价倾倒变形体的长期稳定性提供了重要依据。

锦屏绿片岩力学特性及长期强度特性研究

对锦屏二级水电站的绿片岩试样进行常规力学试验研究,包括单轴压缩变形试验和三轴压缩变形试验等,在常规试验数据分析的基础上,进行绿片岩单轴及三轴流变试验,并对试验过程及试验结果进行分析。通过过渡蠕变法结合试验成果对绿片岩试样的长期强度特性进行研究,得到本次绿片岩试样长期强度基本为瞬时强度的80%左右。另外,还通过分析过渡蠕变法的不足,并结合蠕变试验成果,提出一种新的长期强度定量分析方法,将其应用到本次长期强度分析中,提出有意义的观点。

基于微观试验的云母石英片岩三轴蠕变机制研究

首先,采用偏光显微镜镜下目测和能谱分析对云母石英片岩的矿物成分进行鉴定,将云母石英片岩主要组成划分为空隙、裂隙等缺陷,坚硬部分和软弱部分,总共3部分;坚硬部分为受力骨架,其他两部分充填于受力骨架中;白云母为软弱部分,石英为坚硬部分。然后,通过电子显微镜、偏光显微镜对云母石英片岩三轴蠕变的3个阶段,既未受力阶段、即将出现加速蠕变阶段和破坏阶段的径向切片、轴向切片进行观测,以了解在云母石英片岩三轴蠕变过程中3部分所产生的微观结构变化;根据观测结果将云母石英片岩微结构变化分为4种,即张开裂隙的闭合、软弱部分的位置调整、坚硬部分的位置调整和微破裂;同时总结出云母石英片岩中白云母和石英的微破裂形式。随后,经过分析云母石英片岩三轴蠕变过程的微观结构变化原因,对三轴蠕变机制进行解释,发现在不同的外加应力水平下,以及同一应力水平经过不同的加载时间,云母石英片岩内会产生4种微结构变化中的几种,因此分别表现出衰减蠕变阶段、等速蠕变阶段和加速蠕变阶段。最后,基于微观试验总结提出云母石英片岩三轴蠕变机制的3个特点。

分级加载下薄层状岩石蠕变特性研究

为研究丹巴水电站薄层状岩石二云石英片岩的蠕变特性,在RLW–2000微机控制岩石三轴蠕变试验机上对试样进行加载方向分别为平行片理面(0)°、垂直片理面(90)°及与片理面成30°夹角3个方向的单轴蠕变试验。基于试验结果,研究不同加载方向的蠕变规律;分析片理面对二云石英片岩蠕变的影响。根据蠕变曲线的特征,采用改进的西原模型对二云石英片岩蠕变进行辨识,并根据试样的蠕变试验数据拟合出改进的西原模型参数,拟合结果与试验数据比较吻合。同时,试验结果还表明,3种加载方向的长期强度为对应单轴抗压强度的0.6～0.7倍,这些结论对今后丹巴水电站二云石英片岩的研究具有重要的指导意义。

大别山南部黄镇—凉亭河一线宿松变质杂岩岩石学和峰期变质温压条件及与高压榴辉岩对比研究

通过对宿松变质杂岩的野外地质观测、岩相学和热力学评价及其峰期变质温压条件的空间变化特征的研究,并对比南大别高压单元研究结果,探讨宿松变质杂岩的岩石构成和变质特征。研究表明宿松变质杂岩自北向南可分为I、II和III三个带,主体仅经历了绿帘角闪岩相至角闪岩相的变质作用,温压范围为t=398～613℃和p=0.61～1.53GPa,平均温压值为t=517℃±50℃和p=1.03±0.21GPa。该变质杂岩未显示任何蓝片岩相的变质特征,其内部也没有温度分带或连续变化的趋势。对比南大别高压单元的峰期变质条件,它们压力差至少可达p=0.92GPa,温度差可能在t=45℃,两者应在构造作用下叠置在一起。