复杂应力路径下大理岩三轴渗透试验研究

在隧道施工过程中,围岩的应力条件非常复杂,研究复杂应力路径下围岩渗透性能的变化规律对在高水压地区修建隧道具有重要意义。以锦屏水电枢纽二级电站交通辅助洞大理岩为研究对象,进行了常规三轴渗透试验与控制轴向应变(简称应变ε)、围压先升后降的三轴渗透试验,探讨了轴压与围压之差的绝对值△σ(简称应力差)与渗透率的关系。试验结果表明:(1)常规渗透试验大理岩渗透率的变化过程有3个重要的特征点:渗透率最低点、渗透率峰值点以及渗透率稳定点;(2)大理岩的渗透率随着应力差的增大而减小,两者呈负指数关系;(3)对某一固定的应力差,升围压阶段测得的渗透率大于降围压阶段测得的渗透率;(4)对任何试验岩样总存在一阈值,当应力差小于该值时,应力差的改变对渗透率有显著影响;(5)应力差减小过程中岩样渗透率的"恢复能力"随着岩样轴向应变的增大而逐渐减弱。

复杂应力状态下土料三轴渗透试验

为研究高土石坝坝体内土体单元在复杂应力状态下的渗透性能,在中型三轴仪上对同一土料场3种不同级配土料进行三轴渗透试验。试验围压分为5级(100 k Pa、400 k Pa、800 k Pa、1 200k Pa和2 000 k Pa),每级围压下分4种应力水平(0、0.2、0.4和0.8),当试样在初始应力状态下变形基本稳定后,采用常水头法测试试样的渗透系数。试验结果表明:级配是影响渗透系数的重要因素,相同应力条件下土料粉粒和黏粒含量越高,渗透系数越小;随围压和应力水平的提高,土料的渗透系数逐渐降低;粉粒和黏粒含量越低、大颗粒含量越高,围压对土料渗透系数的影响越显著;对于不同级配相同密实度试样,应力水平对渗透系数的影响程度基本一致。在分析渗透系数随围压和应力水平变化规律的基础上,建立了能描述复杂应力状态条件下土体渗透系数的经验公式。

饱和黄土三轴渗透试验

对饱和黄土进行了三轴渗透试验,结果表明:①饱和黄土的渗透系数随干密度的增大而减小,原状饱和黄土渗透系数大于重塑饱和黄土渗透系数,原状饱和黄土垂直渗透系数大于水平渗透系数;②饱和黄土的渗透系数随周围压力的增大而减小,在同一周围压力下原状饱和黄土渗透系数大于重塑饱和黄土渗透系数;③初始干密度越小,重塑饱和黄土水平渗透系数越小。

宽级配砾质土三轴渗透试验研究

为研究宽级配砾质土的渗透特性,对不同砾石含量的宽级配砾质土进行了一系列的三轴渗透试验。试验结果表明:随砾石含量的增加,宽级配砾质土的结构分别为悬浮-密实、密实-骨架、骨架-空隙3种形式;随砾石含量的增大,渗透系数呈现出先略微减小然后逐渐增大、最后迅速增大的变化规律;含水率、干密度均对宽级配砾质土的渗透系数有较大的影响;在最优含水率左右,渗透系数有明显的差异,施工中应注意对含水率控制。

TRD工法水泥土墙现场取芯的三轴渗透试验

为提高TRD工法在国内的应用水平,通过对天津市某基坑项目TRD水泥土墙进行现场取芯,在实验室内进行三轴渗透试验,得出水泥土墙在不同水泥掺入比条件下的芯样渗透系数曲线、不同养护龄期条件下芯样的渗透特性关系和不同土层条件下的芯样渗透系数对比,并分析产生上述曲线关系的原因,得出满足基坑止水要求的水泥经济掺入比和合理的养护龄期,给出了不同龄期下TRD水泥土墙渗透系数与水泥掺入比的经验公式.结果表明,TRD工法优于传统的SM W工法.

饱和土的三轴渗透试验研究

通过对饱和土进行三轴渗透试验,研究了初始孔隙比、固结度、围压力等因素对渗透特性的影响,并提出了相应的关系表达式。

土坝心墙原状土的三轴渗透试验

本文通过对土坝心墙原状土的三轴应力控制式渗透试验,研究了前人很少涉及的土坝心墙的渗透性和渗透各向异性随其所受的应力条件而变化的关系,认为土坝心墙填土渗透性随有效应力增加而降低,考虑层状土的渗透各向异性时要同时考虑土层的应力状态。因此,用三轴应力控制式渗透试验确定碾压式土坝心墙填土的渗透系数可能比常规渗透试验更适宜。

浅埋煤层覆岩三轴渗透试验及渗流-应力耦合方程

研究浅埋煤层覆岩,尤其是风化岩石在采动条件下的渗透性与应力变化的关系,对揭示松散含水层下开采顶板突水机理具有重要意义。运用采自潘三煤矿西风井浅部煤层覆岩样进行三轴全应力-应变渗透试验,分析了风化和未风化岩石在变形破坏中的渗透率变化规律,并拟合出渗流-应力耦合方程。研究结果表明:无论风化与否,岩石一般皆在峰值后的应变软化阶段渗透性能才达到最大,峰值前的应力-渗透率的关系呈负指数函数关系,而峰值后二者呈现正指数关系;风化岩石或软弱岩石在屈服后,渗透率的增长倍数远远不如硬质岩石,表明顶板软弱覆岩即使受采动破坏的影响,其渗透率也变化不大,这对松散含水层下采煤缩小防水煤柱开采是有利的。

杨凌地区黄土三轴渗透试验研究

通过杨凌地区重塑黄土不同干密度下的常规渗透试验和三轴渗透试验,对比分析了围压和干密度对渗透系数的影响,用指数函数对围压和渗透系数的关系曲线进行了拟合,并推导出了饱和黄土干密度与渗透系数的函数关系。结果表明:在同等条件下,随着围压和干密度的增大,渗透系数减小,但其对渗透系数的影响会越来越小;干密度与渗透系数呈指数函数关系。

藏东南地区粗粒土三轴渗透试验研究

为了研究藏东南地区粗颗粒土的渗透性能,采用室内大三轴试验(?300 mm×600 mm)对土样的渗透性能进行研究。试验中对土样进行了级配和应力水平等条件限制,得到不同级配和应力水平下的渗透系数,对其规律进行总结得到了各种因素的相关性。在上述基础上将种种因素进行拟合得到了研究区域土样的渗透系数与其应力水平的关系式,并用拟合公式计算得到的渗透系数与其试验数据对比,拟合公式在小围压条件下的拟合效果好,说明采用文中方法对研究区域的土样渗透特性进行研究是可行的,也为研究区域土体渗透系数的估算提供了参考方法。

土的三轴多向渗透试验装置的研制

在三轴剪切仪的基础上改造底座及顶帽，并增加三向渗透管路系统，研制了三轴多向渗透试验装置。该试验装置可以实现土样剪切过程中3个方向中任意一个方向的渗透，测定试样在不同应力应变状态下3个方向的渗透系数，用以揭示饱和土发生大剪切变形过程中的渗透特性变化规律。对某高土石坝心墙黏土的实际应用表明，该试验装置改造方便，操作简单，测量精度高，可在实验室中推广应用。

岩体裂隙三轴应力渗透规律的试验研究

利用三轴应力渗透仪分别对煤矿底板的硬岩和软岩进行三轴应力渗透试验 ,观测渗水量、围压、轴压及水压的变化。实验证明有效应力越大 ,渗透系数越小 ,软岩裂隙的渗透系数小于硬岩裂隙的渗透系数且受应力的影响较大 。

压实黏土三轴压缩变形过程中的渗透性变化规律

对某高坝心墙黏土进行了三轴压缩过程中的轴向渗透试验,观测了不同压实密度的试样在不同围压下轴向渗透系数随轴向应变的变化过程以及试样的变形形态。试验发现,三轴压缩过程中试样的渗透系数的变化趋势与压实密度和围压有关。当围压大于试样的前期固结压力时,试样在三轴压缩过程中一直呈现体缩,变得更密实,因而渗透系数随着轴向应变的增加而减小,最后趋于稳定。当围压远小于试样的前期固结压力时,试样产生了对抗渗不利的集中剪切带,集中剪切带成为渗流通道,使得试样的表观轴向渗透系数随轴向应变的增加而显著增大。重度压实的黏土在低围压下的大剪切变形下会产生高渗漏性的集中剪切带的试验事实,可以用来解释土石坝心墙的局部渗漏现象。

岩石三轴全应力应变过程中的渗透规律

通过岩石三轴压缩渗透试验，揭示了岩石在全应力应变过程中的渗透规律，发现岩石 渗透率一般不是常数，而是随应力应变过程中岩石内部结构演化特征改变．岩石渗透峰值多发 生在岩石破坏后的应变软化阶段．因此，防止岩石破坏与控制岩石破坏后变形的进一步发展， 对于预防岩层突水事故是同等重要的．

不同粒度砂岩力学和渗透特性试验研究

为探讨砂岩粒度对力学行为和渗透特性的影响,利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统,对取自同一工程的粗粒砂岩、中粒砂岩和细粒砂岩进行常规三轴试验和三轴压缩全过程渗透试验。研究表明：随着粒度减小,砂岩抗压强度及抗剪强度参数c和φ均增大;渗透水压作用下砂岩强度降低5.15%~24.66%。渗透率变化规律与变形变化特征呈阶段对应：线弹性阶段砂岩内部孔隙被压密,渗透率降低;弹塑性阶段渗透率先是缓慢增加然后急剧上升,在峰后达到最大值;峰后继续破坏阶段渗透率又呈逐渐降低特征。相同粒度砂岩的渗透性随围压增加而降低,且不同围压下渗透率可拟合成线性函数;相同围压下不同粒度砂岩渗透率整体特征表现为：粗粒砂岩渗透率K约为中粒砂岩的105倍,中粒砂岩渗透率K约为细粒砂岩的10倍。

黏土大剪切变形中的渗透特性试验研究

利用改进的三轴渗透试验装置对某高堆石坝心墙黏土进行了一系列剪切过程中的渗透试验,揭示了黏性土发生大剪切变形过程中其渗透系数随轴向应变的变化规律,并分别对围压、渗透压力、渗透方向等因素对土体渗透性的影响进行了探讨。研究结果表明,黏性土大剪切变形过程中其渗透性变化规律一般表现为:在剪切变形起始阶段,渗透系数迅速减小,随着轴向应变的增加,其变化越来越缓慢,最后基本上趋于稳定。轴向应变、围压、渗透压力等是影响渗透系数的主要因素。

填埋体饱和渗透系数影响因素室内研究

将组分及物理指标一致的自制垃圾在适宜条件下进行加速降解,分别采用大尺寸三轴渗透试验和常水头渗透试验测试不同降解龄期自制垃圾在不同应力条件下的饱和渗透系数,对试验结果进行比较分析.研究孔隙比、降解龄期、有效应力、测试方法等因素对垃圾渗透性的影响,与成都、苏州填埋场现场取样测得的垃圾三轴渗透系数进行对比.试验结果表明,填埋体的压实和埋深对饱和渗透系数的影响较大,渗透系数的对数随孔隙比线性增长,渗透系数的倒数与有效应力线性相关.在相同孔隙比的前提下,渗透系数随降解龄期略有减小.采用不同测试方法对渗透试验结果的影响显著,三轴渗透试验的渗透性结果明显低于常水头试验结果.自制降解垃圾的三轴渗透性与现场取样的试验结果相符,能够用于实际工程的设计和评估.

粗砂岩变形破坏过程中渗透性试验研究

利用三轴耦合试验机进行粗砂岩不同围压条件下的变形破坏过程渗透性试验,分析粗砂岩变形及破裂过程中渗透性的变化规律,研究围压对粗砂岩渗透性的影响,探讨试样变形过程中渗透系数与体积应变的关系。研究表明:粗砂岩三轴压缩变形过程中,渗透性变化的总体规律呈现出与偏应力–应变曲线相应的阶段性,即微裂隙压密阶段与弹性变形阶段,渗透性随偏应力增大呈略微降低;弹塑性变形阶段,随新生裂隙的扩展,渗透性先缓慢增大,而后急剧增大,峰值强度后达到极大值;残余流动阶段,产生的贯通性裂隙由于围压作用被压密而导致渗透性下降。在岩样变形破坏过程中,渗透性对环向应变的变化更为敏感。围压越大,粗砂岩渗透性变化曲线的峰值及峰后残余值越小,渗透系数–应变过程曲线越平缓。最后,基于多孔介质理论的质量守恒方程得到孔隙率与体积应变的关系式,采用Kozeny-Carman方程研究粗砂岩变形过程中渗透系数与体积应变的关系,计算结果显示,Kozeny-Carman方程在岩样以孔隙为主要渗流通道阶段适用性较好。

黏质土石混合体渗透特性试验及演化机制探讨

为探究含黏土基质的土石混合体的渗透特性演化规律及其物理机制,分别对不同含石量的黏质土石混合体开展重型击实试验和三轴渗透试验。试验结果表明:对于0%~70%含石量的黏质土石混合体,击实曲线形态呈单峰状,与纯黏土类似;当含石量大于70%时,压实效果开始下降;随着含石量的增加,最优含水率持续降低,而最大干密度先增大后减小,在约70%含石量时达到最大值;当黏质土石混合体达到最优压实状态时,其中黏土基质部分的含水率不依赖于含石量而基本保持一致;含石量为0%~30%时,黏土基质达到较高的压实程度,孔隙比基本保持不变,随着含石量的进一步增加,黏土基质孔隙比逐渐增大,当含石量超过70%时,急剧增大。渗透系数随含石量的增加先减小后增大,并在30%含石量附近达到最小值。基于土石细观结构分布和黏土基质压实孔隙比演化规律,提出一个黏质土石混合体渗透路径概念模型,将不同含石量混合体试样的渗透路径划分为:低渗透性压实黏土路径、超低渗透性含砾石黏土路径、中渗透性土石结合面路径、高渗透性骨架空隙路径,较好地解释了黏质土石混合体渗透特性随含石量的演化机制。

超临界CO_2作用下有效应力对煤体渗透性影响

为了研究超临界二氧化碳对煤层渗透性的影响,利用自制的三轴渗透仪,在恒定温度和恒定孔隙压力下,不同有效应力条件下,进行三轴渗流实验,结果表明:在温度和孔隙压力一定的条件下,煤样渗透率随着有效应力的增大呈现负指数递减规律,有一定的函数关系式.同一有效应力下,渗透率随孔隙压力的增大而增大,孔隙压为7.9 MPa时的渗透率高于孔隙压为7.7 MPa和7.5 MPa的渗透率,该研究成果将为利用超临界二氧化碳改造低渗透煤层的渗透性提供重要的科学依据.