膨胀岩水-岩耦合作用对隧洞衬砌变形破坏的机制分析及施工设计要点

四川盆地广布紫红色粉砂质泥岩、泥岩等红色地层(俗称"红层"),其特点是岩石质地软弱,遇水易崩解、膨胀。以四川省升钟灌区左分干渠回龙宫隧洞衬砌的变形破坏为例,研究其隧洞围岩的膨胀特性,分析了该类膨胀围岩的膨胀机制,提出了水-岩耦合作用的概念及岩石环境对膨胀的影响,阐述了回龙宫隧洞衬砌变形破坏的原因及膨胀围岩隧洞的施工和设计要点。

水-岩作用下煤矸石声速时变特性及影响因素分析

为了研究水-岩作用对煤矸石声速时变特性的影响,选取的煤矸石试样在不同pH值溶液中浸泡数天,然后利用声发射仪断铅法测试浸泡后试样的声速,得到了煤矸石质量、密度、声速及溶液中钙离子、镁离子浓度、pH值的时变规律。通过灰色相关性理论分析煤矸石声速与水、岩影响因素的关联度,并通过Mintab响应面软件建立了煤矸石声速关于多因素的预测模型。研究表明:(1)初始pH值对溶液中钙离子、镁离子浓度的变化影响显著,酸性溶液中钙、镁离子浓度最高;(2)在浸泡中期煤矸石声速值比浸泡初期有较大幅度提高;(3)中性溶液中浸泡过的矸石质量变化比最高。(4)声速与溶液中钙、镁离子浓度、矸石密度及浸泡时间有较明显的相关性。

不同含水率红砂岩静动态劈拉试验及细观分析

研究水-岩耦合作用下岩石力学特性及细观结构,对减少由地下水造成的深部岩体工程病害具有重要意义。采用直径为100 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置与电液伺服压力试验机,进行不同含水率下砂岩试件的动静态劈裂抗拉试验,而后对试件破坏断口进行电镜扫描观察,分析断口形貌特征,依靠SEM图像数字处理技术,进一步得出红砂岩拉伸破坏规律。试验结果表明:红砂岩的劈拉强度随含水率的增加而降低,有明显的遇水软化现象;相比于静态抗拉强度,动态抗拉强度大幅提升,且有显著的应变率强化效应;随着含水率的提高,砂岩试件拉伸破坏时,碎块数量逐渐增多,尺度逐渐减小;饱水岩样的动态劈裂拉伸破坏相比于干燥岩样表现出一定的塑性特征。对断口微裂隙的面积等信息进行定量化处理,分析动态劈拉破坏中的水-应变率效应,得出水在不同应变率下砂岩试样的动态劈拉破坏裂纹扩展中具有均衡作用;微裂隙数量与面积随应变率的提高有增加趋势,破坏断口细观形貌特征存在应变率相关性。

煤矿地下水库对矿井水净化机理研究进展

煤矿地下水库对矿井水的净化作用主要在于库内岩体与矿井水发生的水-岩耦合作用。本文系统梳理了煤矿地下水库水-岩耦合作用的研究方法,指出水样水质测试和岩样理化性质表征项目,并通过静态模拟、动态淋滤、循环净化模拟等试验,探索煤矿地下水库对矿井水的净化规律,利用数值模拟获取反应过程中离子的选择性吸附趋势,结合Piper三线图、Gibbs模型和相关性分析等方法揭示水-岩耦合作用机理。论述了煤矿地下水库对矿井水中悬浮物、特征离子和有机物的净化作用和研究进展,研究表明,煤矿地下水库对矿井水具有一定的净化效果,其中对特征离子的净化主要与溶滤和吸附作用相关;提出了未来煤矿地下水库净化技术的3个研究方向:(1)基于水-岩耦合净化作用的井下矿井水大规模低成本处理技术;(2)耦合多种水处理技术的煤矿地下水库“三位一体”水质控制技术;(3)浓盐废水井下存储及资源化利用技术。

岩体劣化对谷幅变形及高拱坝安全性的影响

拱坝建成蓄水后,水环境的变化会引起坝址区岩体力学性能的改变,进而引起谷幅收缩,影响大坝安全。针对锦屏一级拱坝蓄水初期出现的地基异常变形现象,基于岩体遇水劣化规律和非饱和渗流-应力耦合基本理论,建立岩体遇水劣化模型,采用非线性有限元数值分析方法,研究蓄水初期库区岩体劣化下的谷幅变形规律,进一步分析谷幅收缩对坝体结构的影响。研究表明:库岸岩体劣化对谷幅变形产生直接影响;岩体劣化程度越高,谷幅收缩越明显,坝体上游消落带区域的谷幅变形最为突出;随着水位升高,库岸岩体劣化范围扩大,坝体的最大顺河向位移、最大主拉应力和最大主压应力略有减小。因此,锦屏拱坝蓄水后由岩体劣化造成的谷幅变形不会影响坝体的整体安全。

典型膨胀岩隧洞围岩变形机制分析

某隧洞顶部围岩为凝灰岩,属于典型膨胀岩地层,具有吸水膨胀、失水收缩、膨胀压力大、易风化崩解、强度较低等不良特性。该地区汛期降雨影响洞内地下水环境改变,导致围岩严重变形。分析认为,凝灰岩中亲水性矿物遇水产生的水-岩耦合作用是岩石膨胀与崩解的机理,围岩蠕变收敛与膨胀变形相互叠加产生放大耦合作用,加剧了围岩的变形破坏。根据变形机理,提出了相应的支护措施与建议,对类似膨胀岩隧洞施工具有很好的借鉴参考意义。