饱水软岩力学性质软化的试验研究与应用

软岩遇水后力学性质软化规律的研究,是水–岩相互作用研究的重要课题之一,在重大工程的设计与实践中具有重要意义。通过对华南地区广为分布的红色砂岩、泥岩及黑色炭质泥岩等几种不同类型的典型软岩在不同饱水状态的试验设计和力学性质测试,重点探讨了软岩软化的力学规律性。试验按照天然状态、饱水1,3,6和12个月等饱水时间点进行采样分析,测定其不同饱水时间点的单轴抗压强度、劈裂抗拉强度、抗剪强度及其随饱水时间的变化规律。结果表明:软岩与水相互作用后,其抗压强度、抗拉强度及抗剪强度变化的定量表征关系一般服从指数变化规律,各力学强度指标将随着饱水时间的延长而不断降低,最终将趋向稳定;6个月的饱水时间点为软岩力学强度趋于稳定的临界点。以此研究获得的软岩参数为基础,采用非线性有限元强度折减法对广东省东深供水改造工程中BIII2边坡稳定性进行了分析计算,结果表明:在塑性应变区贯通前,该边坡主断面的稳定性系数为0.83,说明BIII2边坡处于不稳定状态。这与实际边坡所处的状态非常一致。表明该试验研究结果用于工程计算中具有较好的意义,亦可为华南地区类似工程的设计、施工和长期稳定性分析等提供具有重要价值的参考。

地下水和围压对软岩力学性质影响的试验研究

常规三轴压缩试验一直是认识岩石在复杂环境(如地下水丰富和高地应力)下力学性质的主要手段,因此,利用XTR01-01型微机控制电液伺服岩石三轴试验仪研究在不同饱水时间和不同围压下软岩强度的变化规律,就宜万铁路堡镇隧道高地应力大变形段中所揭示的黑色炭质页岩设计了不同饱水状态下的三轴试验方案,并进行了三轴力学性质测试,描述了软岩在饱水时间为1个月的全应力-应变曲线特征,重点探讨了围压和饱水状态对软岩强度的影响规律,详细分析了二者对软岩强度变化的作用机制及特点。最后,根据围岩动态演化规律,结合试验研究结论,提出高地应力软弱围岩的支护原则。

砂质页岩顶板水-岩作用下的力学参数与微观结构变化研究

在煤矿采掘活动中,软岩控制问题历来是业界技术难点之一,以某矿煤层顶板砂质页岩为例,从现场采样物相成分分析、不同环境条件下水-岩相互作用实验研究、实验过程中微观结构演变分析及其整体强度劣化机理等方面开展实验试样的物理力学性能参数与微细观结构研究,旨在揭示其不同条件下的物理力学变化特征、微观结构演变规律及整体强度的劣化机制。研究表明:随着浸泡-风干循环次数的增加,实验试样抗压强度逐步降低,不同干湿循环作用周期时,试样强度存在逐渐“变软”的趋势,其弹性模量的劣化规律与其强度劣化规律一致,试样微观结构形态的裂纹、孔隙也逐步发育,具体形状分布也由原来的不规则边界向整体成型结构发展,不同粒径颗粒间的紧密结构也渐变成酥松、多孔结构,整体强度劣化程度显著。相关研究成果可为此类岩体水-岩作用机理分析提供较好的参考。

水库水位上升软岩边坡软化失稳性研究

软岩在饱水状态下,其抗剪强度严重削弱,从而影响到边坡的稳定性。基于强度折减法对软岩边坡地稳定性进行研究,系统的分析了水位高度、软岩饱和时间对边坡安全系数和边坡破坏形式的影响。分析结果表明:当岩石软化程度小时,上升的水位起到稳定作用。岩石软化程度大时,软岩边坡安全系数呈现随水位升高而降低的规律。水位越高,坡脚的剪应力集中越明显。不同水位高度,边坡的安全系数随水饱和时间变化规律大致相同。软岩饱水1个月时,不同水位的边坡安全系数均提高。之后随着时间增加,安全系数不断减小。饱和期6个月后,安全系数的变化趋于稳定。边坡饱和时间越长,坡脚软岩的力学参数越小。当坡脚软岩的抗剪强度小于一定值,坡脚处将会发生蠕动,而水面以上的岩石受坡脚蠕动的影响产生裂隙。饱水6至12个月,这种现象明显,边坡的破坏形式由滑坡转变为崩塌。

支护阻力抑制围岩饱水软化作用研究

常规三轴压缩试验一直是认识岩石在复杂环境(如地下水丰富)下力学性质的主要手段,因此,利用XTR01-01型微机控制电液伺服岩石三轴试验仪研究在不同围压条件下饱水时间对软岩强度的影响规律,对于隧道工程的设计、施工和安全运营具有重要意义。就梅(州)～大(埔)高速昆仑隧道出口右线软岩大变形段中所揭示的风化变质砂岩设计了不同饱水状态下的三轴试验方案,并进行了三轴力学性质测试,描述了软岩在饱水时间为1个月的全应力—应变曲线特征,重点探讨了围压和饱水状态对软岩强度的影响规律,详细分析了二者对软岩强度变化的作用机理及特点。最后,根据围岩动态演化规律,结合试验研究结论,提出高地应力软弱围岩的支护原则。

围压和地下水对软岩残余强度及峰后体积变化影响的试验研究

就宜万铁路堡镇隧道高地应力大变形段中所揭示的黑色炭质页岩设计不同饱水时间下的三轴试验方案,进行三轴力学性质测试,获得围压和饱水时间对软岩残余强度和峰后体积变化的影响规律,探讨二者对软岩残余强度和体积变化的作用机制及特点,对隧道二次衬砌作用时机进行分析。