深厚回填土施工扰动水致劣化作用研究

水作为一种直接的施工扰动因素,对基坑边坡工程稳定性评估与分析有重要影响作用。本文主要针对深厚回填土,分别通过静三轴剪切试验对不同含水率下回填土的力学参数进行测定、模拟饱水-失水的环境采用直剪对不同循环次数下回填土进行试验,深入研究深厚回填土施工扰动水致劣化作用。研究结果表明:回填土黏聚力、内摩擦角以及抗剪强度均随着含水率增加而衰减,黏聚力、内摩擦角的衰减规律表现出线性再平缓趋势,而抗剪强度的衰减趋势逐渐变缓;回填土力学参数随干-湿循环次数增加而减小,特别是第一次时衰减程度最为显著,最后趋向于某一定值,劣化系数与循环次数之间服从负指数的函数关系。研究分析施工扰动中水致劣化对于填土的破坏机制,对基坑工程稳定性评估及灾害减缓具有一定的理论支撑作用。

巴东组易滑地层异性层面剪切特性及水致劣化规律研究

异性层面剪切特性及水致劣化规律是巴东组地层岩体稳定性及地质灾害致灾机制研究的基础。以巴东组3类典型异性层面(粉砂质泥岩/泥质粉砂岩、泥质粉砂岩/泥灰岩、泥灰岩/泥岩)为研究对象,首先开展了3类典型异性层面的壁岩电镜扫描试验、天然及饱水状态下的壁岩单轴压缩试验,分析了巴东组典型异性层面壁岩微观特性及壁岩宏观力学性质的水致劣化规律。在此基础上,开展了天然和饱水状态下3类典型异性层面的室内直剪试验,研究了巴东组典型异性层面剪切特性,提出了异性层面基本摩擦角的预测公式。基于上述试验结果,分析了巴东组典型异性层面的水致劣化规律。研究表明:(1)巴东组异性层面壁岩黏土矿物含量及微观结构对异性层面剪切特性的水致劣化规律具有重要影响;(2)异性层面的基本摩擦角介于两侧壁岩对应的同性结构面的基本摩擦角之间,且更接近强度较低一侧壁岩同性结构面的基本摩擦角;(3)异性层面的水致劣化系数主要受控于强度较低一侧壁岩的软化系数;(4)巴东组粉砂质泥岩/泥质粉砂岩、泥质粉砂岩/泥灰岩及泥灰岩/泥岩间异性层面的劣化系数分别为0.915、0.951和0.731。

空隙特征对砂岩水致劣化规律的影响

针对南京秦淮东河开挖后的稳定性问题,选取黄马青组(T_(2h))砂岩为研究对象,对砂岩在吸水-干燥循环条件下的单轴抗压、抗拉特性进行试验研究。考虑到未来边坡运营过程中水的影响,试验时分别考虑自然吸水和饱和吸水两种情况。根据试验结果对所研究砂岩的空隙特征、水致劣化特征和劣化机制进行了详细分析。随着吸水-干燥循环次数增加,岩石的抗压、抗拉强度和凝聚力均呈劣化趋势,说明循环次数的增加对岩石的损伤有累积作用。岩石自然吸水条件下(小开空隙未进水时)强度和弹性模量下降速度较慢,而饱和吸水条件下(开空隙被水充满时)强度和弹性模量下降速度较快,表明岩石中小开空隙对岩石的劣化效果显著。微观结构分析结果表明,随着吸水-干燥循环次数增加,岩石中空隙率增大。结合抗剪强度特征分析认为,干-湿循环导致岩石的黏结强度不断下降,而摩擦强度变化较小,表明黏结强度劣化是岩石水致劣化的主要原因,干-湿循环导致水-岩反应,岩石颗粒胶结物发生松散,边缘发生开裂,宏观上表现为岩石劣化。该研究成果对于新开挖河道边坡稳定性分析具有较大的参考价值,为河岸边坡的长期稳定性分析提供了依据。

南京秦淮东河黄马青组(T_2h)砂岩水致劣化特征分析

南京秦淮东河新开河道在铜家山地段穿越黄马青组(T2h)砂岩,形成高度最大达70 m的高边坡。根据现场调查和钻探结果,在近地表处,岩石中裂隙发育,岩体完整性差,而在深部,根据钻孔取芯结果,岩体中结构面胶结强度高,岩体完整性好。钻孔取岩芯样进行干湿循环试验发现,样品在干燥-饱和循环条件下,一般循环5次以上就易发生崩解,而在自然吸水-干燥循环条件下,循环20次以上仍可以保持完整。分析认为,岩石中小开裂隙发育。根据扫描电镜(SEM)对微观结构分析结果发现,饱和条件下,岩石中小开裂隙进水后导致结构面胶结物软化,并可能造成岩石开裂、吸水膨胀,即水对岩石的劣化作用是物质软化和岩石结构破坏的双重机制;而在自然吸水条件下,小开裂隙中未进水,水对结构面的软化作用较小。矿物分析结果表明,岩石中含有较多的黏土矿物,是导致岩石浸水软化的重要原因。经过干湿循环后,岩石波速下降、致密程度降低,塑性特性增强。多次循环后岩石的单轴抗压强度和弹性模量均呈明显下降趋势,岩石破坏时的变形量随循环次数增大而下降,岩石的孔隙压密和弹性变形过程逐渐消失,加载后迅速进入塑性变形阶段,且破坏速度加快。

考虑水致劣化效应的库岸滑坡非饱和渗流应力耦合分析

水对岩土体的力学参数存在明显的劣化效应。开展了不同含水率条件下滑坡堆积体三轴力学试验,建立了饱和度和力学参数之间的经验方程;对建立的经验方程进行了二次开发,通过饱和度和力学参数的耦合,实现了库水位实时变动过程中考虑岩土体力学参数变化对滑坡稳定性的影响,克服了库水位变动过程中岩土体物理力学参数不能随库水入渗变化的局限性。通过云南省兰坪县大华滑坡在库水位变动环境下的模拟结果和现场监测数据的比对,验证了考虑岩土体力学参数水致劣化效应的合理性,并对大华滑坡考虑水致劣化效应的变形演化规律进行了工程应用。

四川盆地红层岩体质量劣化特征及其保护措施研究

四川盆地红层是一套最为典型的红层,具有强度低、易遇水软化和快速风化等特有工程特性,存在岩体大变形和难支护等问题,严重制约着工程的建设。本文以四川盆地10余个红层地区水电水利工程为基础,研究了四川盆地红层的分布和沉积建造规律及其物质组成,从红层岩体快速风化和水致劣化角度分析了红层岩体质量劣化特征,在此基础上,提出了基于红层快速风化、水致劣化特性的“防渗排水-预留开挖-加固封闭”快速保护措施。

考虑参数时空演化规律的黄土边坡极限平衡分析法研究

考虑黄土特殊力学性质的边坡稳定性分析方法研究对于保障国家'西部大开发'战略和'一带一路'倡议的实施具有重要的意义。利用渗流—软化—稳定性分析顺序耦合的研究思路,对地下水位上升条件下的黄土边坡稳定性进行分析。首先借助非饱和非稳定渗流分析理论进行地下水位上升条件下黄土边坡的渗流分析;其次基于渗流分析的计算成果借助水致结构性劣化方程动态更新土体强度参数的空间分布;基于总重度、黏聚力、内摩擦角和孔隙水压力的时空分布规律,采用面力法提出了考虑参数时空演化规律的黄土边坡极限平衡分析法。最后以地下水位上升条件下白鹿塬边某黄土边坡为例,通过考虑参数时空演化规律的黄土边坡稳定性Spencer法和M-P法计算成果之间的相互对比分析,同时将这些成果与现场勘察迹象进行对比,从而说明考虑参数时空演化规律的黄土边坡极限平衡分析法的合理性和可靠性。

江西白垩系泥质粉砂岩崩解试验研究

对南昌地区泥质粉砂岩典型出露地段开展现场调研并取样测试其基本物理力学性质,同时进行了静态崩解试验和岩石的耐崩解试验,从能量耗散原理的角度分析了泥质粉砂岩静态崩解过程中吸收的能量向表面能转化的规律。试验结果表明:水和温度岩的相互作用是加快泥质粉砂岩风化的主要外部营力;泥质粉砂岩的静态崩解由碎块状过渡到粒渣状、泥糊状,可按崩解物形态划分为剧烈崩解、细微崩解和崩解稳定三个阶段,崩解过程中其表面能累计增加量随崩解次数增加而增加,而单次表面能增量趋于减小;耐崩解试验中,泥质粉砂岩耐崩解性指数随循环次数的增大呈负指数关系递减。试验结果对于工程实践中如何抑制红层软岩崩解并保持其完整承载能力、或对其预崩解处理促进其快速崩解达到稳定的颗粒级配状态具有一定的参考价值。

岩质滑坡模型相似材料试验研究

为研制可促进水致强度劣化的岩质滑坡模型相似材料,在水泥石膏胶结材料基础上加入膨润土作为水敏性调节剂,采用单因素控制法,以相同骨胶比变化为设计原则,测试并初步分析了石英砂、重晶石粉、膨润土、水泥和石膏用量对相似材料密度、抗压强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角参数指标的影响规律。在此基础上提出了贡献率指标以量化表征上述不同材料成分对相似材料物理力学性质的影响程度。结果表明:该新型相似材料的最佳养护条件为常温、干燥条件下养护10 d,最佳掺水量为11%;不同配比方案下的新型相似材料物理力学参数分布范围广,其密度分布在1.95~2.13 g/cm3,单轴抗压强度分布在7.68~13.59 MPa,弹性模量分布在594~1789 MPa,黏聚力分布在1.84~4.27 MPa,内摩擦角分布在35.6~44.7°,其破坏特征与天然岩石相似,可满足不同岩质滑坡模型试验的需求;相似材料不同成分用量变化对相似材料物理力学性质的影响存在显著差异,其中重晶石粉对密度和黏聚力影响最为显著,水泥和膨润土均对抗压强度和弹性模量有显著影响,石英砂对内摩擦角影响最为显著。基于提出的材料成分贡献率指标可快速实现对相似材料目标配比的调整,提高试验效率。此外,研究结果可为其他地质力学模型试验相似材料骨胶比优化设计提供参考。