浸泡-风干循环作用对砂岩变形及破坏特征影响研究

水库正常运营后,库水位将按计划周期性的上升或下降,浸泡-风干循环作用将导致库岸边坡变幅带岩体性质逐渐劣化,进而影响库岸边坡的稳定性,基于此,设计了考虑水压力升、降变化的砂岩浸泡-风干循环作用试验,重点研究了砂岩试样的变形及破坏特征。研究结果表明:水压力升、降变化和浸泡-风干循环作用对岩样造成了不可逆的渐进性损伤,在循环作用过程中,砂岩试样的应力-应变曲线逐渐变缓,压密段长度逐渐变长,弹性变形段的斜率逐渐减小,弹性模量逐渐降低,屈服阶段也逐渐变长,试样达到峰值强度时对应的轴向应变逐渐变大,试样的剪切破坏角有逐渐变小的趋势。应力-应变曲线的变化显示岩样有明显的"变软"的趋势,而且,浸泡-风干循环次数越多,岩样的损伤越严重。研究成果对于把握库岸边坡库水消落带岩体变形、破坏规律具有较大的参考价值,为库岸边坡的长期稳定性分析提供了有益的依据。

浸泡-风干循环作用下砂岩动力特性劣化规律研究

在库水的长期浸泡-风干循环作用下,库岸边坡岩体的动力特性变化规律直接影响其长期稳定性能,其中,消落带是库岸边坡稳定的敏感地带。因此,特选取三峡库区库岸边坡消落带典型砂岩为研究对象,设计了考虑水压力反复升降变化和浸泡-风干循环耦合作用的试验方案,对不同浸泡-风干循环作用周期的岩样进行单轴循环加、卸载动力响应试验。研究结果表明:随着浸泡-风干循环作用次数的增加,相同次数加、卸载循环作用时对应岩样的轴向应变、动应力-应变曲线的滞回圈面积逐渐增大,计算得到砂岩的阻尼系数、阻尼比逐渐变大,动弹性模量逐渐减小,说明浸泡-风干循环作用对砂岩动力特性的损伤是一种累积性发展的过程。最后,基于岩样的微观结构变化,对浸泡-风干水岩循环作用下砂岩动力特性劣化机制进行探讨。研究成果对库区大量存在的库岸边坡在考虑地震作用下的长期稳定性评价具有较高的参考价值。

水-岩作用下砂岩力学特性及微细观结构损伤演化

在库水位反复升降作用下,库岸边坡消落带部分岩体处于浸泡―风干循环状态,其力学特性的劣化将直接影响库岸边坡的变形稳定。以三峡库区库岸边坡消落带砂岩为研究对象,设计并进行了考虑浸泡―风干循环和水压力升降变化的水-岩作用试验。结合SEM电镜扫描,分析了水-岩作用对砂岩微细观结构的影响,采用PFC^2D离散元软件对水-岩作用下砂岩的劣化过程进行了模拟分析。研究结果发现:(1)水-岩作用下砂岩的力学性能劣化效应明显,弹性模量和单轴抗压强度总体呈现先陡后缓的劣化趋势,其中前6次的浸泡―风干循环作用导致的劣化效应尤为明显。(2)水-岩作用下砂岩的微细观结构变化特征明显,由较致密的孔隙式胶结结构逐渐向不规则的蜂窝状结构发展,宏观上就导致了砂岩变形和强度特性的劣化。(3)由PFC^2D离散元模拟分析发现:水-岩作用导致岩石内部颗粒强度和颗粒间黏结强度逐渐劣化,非均匀性增强,荷载作用下的应变局部化特征逐渐明显,整体承载能力逐渐降低,破坏模式由典型的张拉破坏逐渐转变为剪切破坏。

水岩作用下砂岩劣化损伤统计本构模型

水库蓄水运行后,库水位反复升降变化对库岸边坡岩土体来说是一种疲劳作用,水岩作用下边坡岩体力学性质的劣化将影响整个边坡的稳定。基于此,在前期浸泡-风干循环水岩作用试验数据分析基础上,根据水岩作用过程中砂岩三轴压缩试验应力-应变曲线的特点,借助连续损伤力学和统计理论,将浸泡-风干循环水岩作用的损伤效应耦合到损伤统计本构模型中,并重点考虑了压密段的影响,分段建立了水岩作用下砂岩的统计损伤本构方程。对比分析表明,所建立的分段统计损伤本构模型计算与试验曲线符合较好,说明所建立的统计损伤本构方程可以较好地反映砂岩在浸泡-风干循环水岩作用的损伤效应,在水岩作用过程中,本构模型第2段的Weibull分布参数m和F_0均逐渐减小,反映了水岩作用下砂岩脆性逐渐减弱,宏观强度逐渐降低的力学特性。研究成果对大量存在的库岸边坡长期变形稳定分析具有较好的参考价值,同时,相关分析方法也可以为类似试验提供参考。

库水长期升降作用下库岸边坡稳定性研究

选取三峡库区典型库岸的砂岩进行"浸泡-风干"循环试验,模拟库水升降条件对库区水位变幅区岩石强度的影响。根据岩石试验结果和岩体RMR法推算出经历不同水位条件下岩体参数劣化规律,并通过数值模拟研究变幅区砂岩的劣化对库岸典型滑坡区库岸稳定性的影响,分析库岸边坡在库水长期作用下演化规律。研究表明:水位升降过程对变幅区岩体质量的劣化作用较为明显,会导致库岸边坡破坏的时间大为缩短;库岸坍塌破坏过程与此类滑坡稳定性有直接的联系,可能最终会导致此类滑坡复活。研究成果可为库区内此类滑坡长期稳定性分析提供参考。

基于matlab的岩石表面裂纹统计方法

利用matlab图像处理工具箱设计开发了岩石裂纹检测系统,实现了对岩石表面裂纹的识别检测以及获取裂纹面积和裂隙率两个特征参数。检测系统中图像处理分为图像预处理、裂纹提取和计算三个阶段。首先对裂纹照片进行灰度处理并滤波;然后利用扩充Sobel算子进行边缘检测,突出裂纹与背景的差别,再进行图像分割,将灰度图像变为二值图像;最后统计计算特征参数。采用该检测系统对"浸泡—风干"循环作用下巴东组第四段泥质粉砂岩裂纹扩展情况进行统计分析,结果表明:随着泥质粉砂岩"浸泡—风干"循环次数的增加,裂纹的面积和裂隙率明显增大;初期阶段裂纹的扩展速率较快,后期逐渐减缓。岩石裂纹检测系统能够直接反映裂纹的扩展情况,且操作简单、结果合理,具有较强的实用性,为裂纹扩展规律研究提供了新的手段。

库水位变化对库岸边坡变形稳定的影响机理研究

水库蓄水后,为满足防洪和发电的要求,库水位将在一个较大的范围内反复升降变化,很可能使稳定的库岸边坡向不稳定方向发展,因此,有必要对库岸边坡的水-岩作用机理进行系统的研究。分析可知,库岸边坡水-岩作用机理应根据水位变化情况分阶段考虑,同时应该重点考虑浸泡-风干的循环作用。在分析库水位升、降变化对库岸边坡稳定性影响时,本文提出了对库岸边坡分段的分析方法,从力学机理上较好的解释了库岸边坡在水位上升或下降过程中安全系数先减小后增大的原因,也能很好的解释一些库岸边坡失稳的原因。最后将库岸边坡水-岩作用机理概括为五个方面:力学弱化机制、局部应力集中机制、物理弱化机制、化学弱化机制、浸泡-风干循环作用累积损伤机制,这样可以更全面的分析库岸边坡的水-岩作用机理和作用效应。研究成果为库岸边坡的变形稳定分析提供了有益的依据。