粉砂质泥岩蠕变特性与非线性黏弹塑性本构模型

针对边坡、隧道工程中粉砂质泥岩长期稳定性问题,采用DZSZ-150型多场耦合岩石三轴压力试验机,利用粉砂质泥岩相似材料试样,开展不同围压下粉砂质泥岩蠕变试验。根据蠕变试验结果建立可描述粉砂质泥岩蠕变全过程的非线性黏弹塑性本构模型,以7 MPa围压下蠕变试验结果为例,对所提出的蠕变本构模型进行合理性和可行性验证。结果表明:试样的稳态蠕变速率与偏应力大小有关,随着偏应力的增加,试样稳态蠕变速率与偏应力之间符合指数函数关系;在加速蠕变阶段的蠕变速率相对低偏应力水平下减速蠕变和稳态蠕变速率明显要增大很多,且非常短时间内就发生了蠕变破坏;提出一种描述粉砂质泥岩全蠕变过程的非线性黏弹塑性本构模型,该模型能描述粉砂质泥岩蠕变-破坏全过程的蠕变变形规律,反映了粉砂质泥岩在不同偏应力水平作用下的蠕变特性,克服了经典模型中无法准确描述加速蠕变过程的难题。

考虑干湿循环路径的粉砂质泥岩力学特性及本构模型

为了分析南方湿热地区粉砂质泥岩边坡浅层失稳机制,开展不同干湿循环路径下的粉砂质泥岩低围压三轴压缩试验与扫描电镜(SEM)试验.基于连续损伤理论和修正Drucker-Prager(D-P)强度准则,构建可考虑干湿循环路径影响的粉砂质泥岩损伤本构模型.结果表明:粉砂质泥岩应力-应变曲线具有非线性特征,可分为压密阶段、弹性阶段、塑性屈服阶段、峰后破坏阶段和残余强度阶段;随干湿循环次数或循环幅度的增加,压密阶段与塑性屈服阶段延长,岩样峰值强度、变形模量、黏聚力和内摩擦角损伤逐渐增大,粉砂质泥岩力学参数敏感度表现为变形模量>黏聚力>内摩擦角>峰值强度;受溶蚀、潜蚀作用,粉砂质泥岩孔隙率不断增大,破坏模式由以剪切破坏形式为主的顶锥-劈裂破坏向剪切破坏演化.构建的岩石损伤本构模型能考虑干湿循环路径的影响,能较好地反映粉砂质泥岩应力-应变曲线全过程变形特征.

酸环境对粉砂质泥岩三轴力学特性影响研究

为研究酸环境对粉砂质泥岩三轴力学特性影响规律,开展不同酸环境影响下粉砂质泥岩试样三轴压缩试验,得到了酸环境作用下粉砂质泥岩试样宏观力学参数及破环形态的变化规律。结果表明:(1)随着溶液pH值减小及浸泡时间增加,粉砂质泥岩三轴峰值强度显著降低,且试样越过峰值应力后强度衰减幅度减小,粉砂质泥岩逐渐由硬脆性破坏向韧性破坏转变;(2)经过酸溶液作用后的粉砂质泥岩试样黏聚力和内摩擦角等抗剪强度参数发生明显衰减;(3)浸泡时间相同时,随着围压增加,试样破坏面主裂隙倾角逐渐减小,裂隙宽度变大,试样的微裂隙增多;(4)在围压与浸泡时间相同时,随着溶液pH值的增加,破坏后的粉砂质泥岩试样完整性逐渐下降。

中风化粉砂质泥岩基坑涌水综合治理施工技术

基坑涌水是基坑塌陷的风险之一。为了避免基坑塌陷,针对中风化粉砂质泥岩基坑涌水存在出水急、出水量大的实际情况,提出“注浆+明排”的综合治理方案,并优化注浆位置、深度,调整集水井位置及平面尺寸。方案实施结果表明:通过增加注浆深度、加密注浆孔位,增加明排集水井能够有效减少基坑渗水、涌水,对于保证施工安全具有十分重要的意义。

粉砂质泥岩路基压实质量连续控制技术

粉砂质泥岩颗粒强度差异较大,压实质量难以控制。依据结构动力学方法分析压路机振动轮与路基填筑体抗力响应之间的关系,借助现场试验段采集压实过程振动轮振动加速度信号,并进行快速傅里叶变换获取基频振幅和一次谐波振幅,据此得到连续振动压实值(CMV)。对比分析不同振动压实次数下压实度、沉降量和弯沉值与CMV值的相关性。结果表明,随着压实次数的增加,CMV值逐渐增加,与FWD动态弯沉值、压实度及累计沉降量间有良好相关性,据此提出了粉砂质泥岩路基压实的CMV控制值,研究结果有助于粉砂质泥岩路基的连续压实质量控制。

湿热力作用下粉砂质泥岩开裂特性研究

为探究湿热力作用下粉砂质泥岩的开裂特性,开展裂隙演化试验,得到湿热力单因素及多因素耦合循环作用下粉砂质泥岩的裂隙演化规律,同时利用X射线衍射、扫描电镜研究其微观结构变化特征,分析宏观和微观试验结果关联性,揭示湿热力作用下粉砂质泥岩裂隙扩展机制.研究结果表明:粉砂质泥岩裂隙发育表现为增长-平缓趋势;在单因素循环作用中,湿度循环(浸水~烘干)最易造成粉砂质泥岩开裂,温度循环(5~60℃)次之,荷载循环(0~50 kPa)最弱;在多因素耦合循环作用中,裂隙发育程度排序为:湿热力>湿热>湿力>热力,验证了湿度循环致裂性最强的结论.湿热力耦合循环作用15次后裂隙率达0.92%,裂隙条数增至30条,平均长度延伸至60.58 mm,而平均宽度稳定在0.47 mm左右.孔隙率与裂隙率的灰关联度最大,为0.813,即微观结构变化中孔隙发育与裂隙扩展的关联程度最大.湿热力耦合循环作用中,湿度循环引起黏土矿物晶层间距变化,导致颗粒破碎、孔隙扩张形成微裂隙,温度循环使试样产生差异性热应力、水分分布,促使微裂隙发育贯通,荷载作用增加尖端应力,最终导致裂隙网络形成.

喷锚支护在粉砂质泥岩顺层边坡中的应用研究

粉砂质泥岩顺层边坡在工程施工过程中,在开挖卸荷、持续降雨等不利条件下,容易出现基岩基础面裸露、临空问题,形成切角破坏现象,而且岩体遇水软化、失水易崩解,进而带动滑动面以下发生顺层滑移变形,致使边坡呈现极不稳定状态。因此,本文采用喷锚支护对顺层岩边坡进行加固处理,通过岩质边坡稳定性计算,确定合理锚杆支护参数,保证工程安全稳定、经济可行,以期对类似工程的加固设计提供参考价值。

粉砂质泥岩三轴压缩应力松弛特性试验研究

采用RLJW–2000型岩石三轴流变伺服仪,在分级加载条件下完成饱和粉砂质泥岩的三轴压缩应力松弛试验。基于试验结果,划分岩石的应力松弛阶段,分析岩石的应力松弛特征,研究不同应变水平下岩石的应力松弛速率、径向应变、体积应变以及松弛模量随时间的变化规律,探讨岩石应力–应变等时曲线特征,系统地揭示粉砂质泥岩三轴压缩应力松弛特性。选取Burgers模型来描述粉砂质泥岩的应力松弛特性,采用LM-NLSF法对模型参数进行辨识。对比模型拟合曲线与试验曲线,二者吻合较好,表明Burgers模型可以较好地描述粉砂质泥岩的应力松弛特性,辨识得出的模型参数具有一定的实用价值。

粉砂质泥岩的三轴蠕变试验研究

为了揭示分布于北天山中西部的志留系上统紫红色粉砂质泥岩的蠕变特性,为拟建于此的某深埋越岭特长隧洞的设计、施工,以及长期稳定问题评价提供依据,通过钻孔取样进行了三轴蠕变试验研究。试验在5台岩石三轴蠕变试验机上进行,围压分别为0、5、102、03、0 MPa。试验取得以下主要成果:1)揭示了这类黏土岩的蠕变特性可用西原模型加以描述,并由此建立了蠕变本构方程;2)采用曲线求参法求解了各流变参数;3)采用叠加原理与等时曲线法获得了岩石的长期强度;4)各蠕变参数随围压的升高而增大,长期强度较瞬时强度降低的幅度亦随围压升高而增大,单轴条件下降低25%,30MPa围压时降低52%;5)抗剪断长期强度较瞬时强度降低了60%(内聚力)和36%(内摩擦角)。这些成果为工程建设提供了科学依据,试验方法与成果整理方法可供同类工程参考。同时,还通过常规试验获得了该类岩石的主要物理力学性能,这将有助于蠕变试验成果在其他工程中类比使用。

温、湿度对粉砂质泥岩单轴力学性能的影响试验

为研究粉砂质泥岩经温、湿度作用后单轴力学性能的变化,开展变温循环试验、浸水试验以及浸水条件下的变温循环试验,得到粉砂质泥岩在不同温、湿度作用下的应力-应变曲线,并分析其单轴力学指标的变化规律。试验结果表明:粉砂质泥岩单轴抗压强度与超声波速呈正相关;天然粉砂质泥岩的峰前应力-应变曲线符合塑-弹-塑性岩石的特征;干燥粉砂质泥岩经历变温循环后,单轴抗压强度、弹性模量及劈裂强度均降低,且其降幅与循环次数、变温方向、温差变幅相关;恒温浸水时,粉砂质泥岩的轴向膨胀率和含水率在初期增长较快,后期逐渐趋于平缓,且单轴抗压强度、弹性模量及劈裂强度均随含水率的增大而降低;温、湿度共同作用于粉砂质泥岩时具有增效作用,作用效果大于温、湿度单独作用效果之和;粉砂质泥岩在单轴受压破坏后,根据其特征可分为六种破坏形态,且不同破坏形态的出现与含水率、拉压比相关。

粉砂质泥岩遇水损伤规律及化学改性研究

为了研究粉砂质泥岩遇水损伤规律和提高其耐崩解性,利用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、激光共聚焦显微镜、扫描电镜、润湿角测量仪和电子万能试验机等,表征了试样的成分、微观形貌、润湿角、单轴抗压强度和膨胀率等特征。结果表明：改性前试样表面裂纹的宽度随浸水时间的增加而迅速增大,经过10分钟崩解成碎屑,改性后试样浸水2 d表面无明显变化;改性后试样的润湿角由3.9°增为122.2°;经过改性,试样的膨胀率明显减小,大小仅为改性前的37%~44%;改性后泥岩的单轴抗压强度增加了10%~65%。硅酸盐粘土矿物遇水膨胀是粉砂质泥岩内部产生损伤的主要原因。有机硅改性剂与粉砂质泥岩发生缩聚反应,岩粒表面形成非极性的憎水膜,泥岩的憎水性增强;泥岩内部颗粒间的胶结程度改善,单轴抗压强度明显提高。

粉砂质泥岩三轴压缩应力松弛本构模型研究

采用RLJW-2000型岩石三轴流变伺服仪,在分级加载条件下完成了饱和粉砂质泥岩的三轴压缩应力松弛试验。依据试验结果,分析了岩石应力松弛曲线的特征,表明可以用黏弹性模型来描述粉砂质泥岩的应力松弛特性。分别采用Burgers模型,二单元、四单元以及六单元广义Maxwell模型对各级应变水平下的试验曲线进行辨识研究。依据辨识结果,比较了各模型的优缺点,结果表明:六单元广义Maxwell模型可以准确描述粉砂质泥岩的应力松弛特性;从工程应用角度来讲,采用二单元广义Maxwell模型来描述粉砂质泥岩的应力松弛特性是较适宜的。

渗透压与围压对粉砂质泥岩流变特性的影响

为了研究渗透压及围压对岩体蠕变特性的影响,对三峡库区巴东组二段粉砂质泥岩进行了不同围压和渗透压下的三轴蠕变实验。根据试验结果,在分析粉砂质泥岩蠕变特性曲线的基础上,探讨了围压和渗透压对岩体蠕变特性的影响过程和机理。最后,采用等时应力-应变曲线法和稳态蠕变速率法求得了粉砂质泥岩在不同围压和渗透压下的蠕变长期强度。结果表明:(1)粉砂质泥岩瞬时弹性模量随着偏应力等级的增加而减小;(2)孔隙水压在蠕变初期能够减小轴向应变,但在蠕变后期由于其有利于裂纹扩展而增大了轴向应变;(3)渗透压缩短了岩石蠕变破坏的时间,使蠕变破坏呈现出一定的脆性特点;(4)渗透压的存在有利于岩石裂隙的扩展和贯通,因而降低了岩石蠕变的长期强度,但是围压的存在增大了蠕变长期强度。研究成果为深入认识和了解三峡库区粉砂质泥岩的流变力学特性提供了重要的试验和理论依据。

常吉高速公路白垩系粉砂质泥岩风化特性研究

为了研究湖南省常德至吉首高速公路沿线的粉砂质泥岩的风化特性,对不同风化程度的粉砂质泥岩岩体进行了工程特性、风化耐久性和风化速度试验。试验结果表明:随着岩体风化程度的加深,岩石中粘土矿物含量增加,增幅达19.3%;活动性强的化学成分相对减少,含量由5.91%降到2.02%;岩石干密度降低,由2.41g/cm3降为2.19g/cm3;孔隙率由5.7%增至13.6%;吸水率由2.09%增至2.91%,力学性能降低,抗压强度由3.1MPa降至1.1MPa,抗拉强度由1.17MPa降至0.41MPa;岩体更容易软化崩解。岩石的风化速率与自身的风化状态和暴露的面积有关。

西藏贡觉粉砂质泥岩工程地质特性与蠕变强度研究

川藏铁路在穿越西藏贡觉地区时遇到三叠系粉砂质泥岩,在高地应力条件下容易发生大变形等危害。文章开展了不同围压下的岩石三轴压缩和和三轴蠕变试验,结合PFC数值模拟,研究了粉砂质泥岩在不同围压下的蠕变特性和长期强度研究,结果表明:贡觉粉砂质泥岩流变具有西原蠕变模型特征,蠕变与常规三轴试验条件下,随着围压不断增大,粉砂质泥岩试样均由拉-剪破坏向单剪破坏过渡,剪切破裂面与水平线的夹角逐渐减小,微裂纹数量减少;蠕变试验相较于常规三轴试验,由拉应力引起的压碎带影响范围更广;在高围压条件下,粉砂质泥岩更容易发生流变,随着围压的增大,轴向应变、侧向应变和体积应变均增大,微裂纹数量呈下降趋势;瞬时弹性模量及黏弹性系数与围压呈线性递增关系,黏弹性模量与围压呈对数型增长关系,黏塑性系数与围压呈指数型增长关系。在荷载长期作用下,岩石长期强度低于瞬时强度。

粉砂质泥岩流变力学参数的试验研究

通过对粉砂质泥岩进行围压37 MPa下的常规三轴压缩试验和三轴压缩流变试验,获得应力-应变曲线和蠕变曲线,对其瞬时力学性质和流变力学性质进行了比较,分析了长期荷载对粉砂质泥岩力学参数的影响,并利用改进的西原模型对围压5 MPa下的蠕变试验曲线进行了模拟.结果表明,该粉砂质泥岩具有明显的时间效应,其强度、变形模量、黏聚力和内摩擦角等力学性质指标在长期荷载作用下均有不同程度降低,其中强度指标表现得最为明显,长期荷载对黏聚力的影响较大,而对内摩擦角的影响较小;所采用的改进西原模型能够很好地反映该粉砂质泥岩的流变力学特性.

粉砂质泥岩常规三轴压缩试验与本构方程研究

针对杭兰高速公路巫山至奉节段巴东组二段（T2b2）粉砂质泥岩地层中挖方高边坡易产生变形破坏的问题,采用TAWA-2000微机控制岩石三轴压力试验机对T2b2粉砂质泥岩进行了常规三轴压缩试验,获取了0~4 MPa围压下岩石的应力-应变全过程曲线。分析了岩石屈服强度、峰值强度以及残余强度与围压之间的关系,得出了岩石峰值抗剪强度参数以及残余抗剪强度参数。依据塑性力学理论,建立了考虑岩石应变软化的双线性弹性-线性软化-残余理想塑性四线性模型,并分段建立了本构方程,确定了各阶段方程的参数,研究成果可为高速公路挖方高边坡的变形破坏分析提供必要的资料。

粉砂质泥岩不同加载控制方式下三轴压缩试验研究

对秭归县马家沟滑坡中粉砂质泥岩开展三轴压缩试验,分析在应力和应变两种加载控制方式下岩石的变形破坏特征,以获取相对安全合适的试验加载方式。结果表明:在加载初期,各围压下两种加载控制方式的轴向应变和环向应变曲线具有较好的线性特征,峰值强度后变形特征差异显著;轴向应力加载控制方式下得到的岩石内摩擦角相对更大,摩擦力抵抗岩石变形破裂的能力相对较高,而环向位移加载控制方式下黏聚力抵抗岩石变形破裂的能力相对较高;试件破坏模式主要为低围压下的剪切-张拉破坏和较高围压下的剪切破坏,在轴向应力加载控制方式下试件的破坏程度相对剧烈,而环向位移加载控制方式下试件完整性相对较好,表明试件在环向变形量等速增加的制约下,岩石内部材料缓慢地达到承载极限,降低了灾变的可能性。

考虑不同加载条件的粉砂质泥岩损伤特征

为了研究粉砂质泥岩硐室开挖过程中围岩的损伤特性,该文提出了一个考虑损伤特性的粉砂质泥岩的加载损伤模型。采用三轴压缩试验,得出不同围压、不同加载速率下粉砂质泥岩的应力应变曲线,并与粉砂质泥岩的加载损伤模型相结合得到了粉砂质泥岩在加载过程中的损伤规律。为探究模型的可靠性,根据超声波在发生损伤材料的传导速度衰减特征,利用TICO混凝土超声波测试仪对加载过程中的试件进行超声检测,得到了粉砂质泥岩不同加载阶段的损伤变化规律。结果表明,所提出的的粉砂质泥岩加载损伤模型可以反映粉砂质泥岩的损伤演化规律。

基于分形理论的粉砂质泥岩酸雨崩解特征研究

黏土岩的崩解过程易受环境条件(如崩解液特征)影响,酸雨作用对其影响显著,但其酸雨崩解特征有待研究。目前对黏土岩崩解特征的评价多采用耐崩解性指数,仅考虑崩解后大于2mm的残留颗粒质量,未反映崩解后的整体粒径分布特征。本文以典型酸雨区攀枝花机场滑坡为依托,选取滑带粉砂质泥岩,开展不同pH值条件下的岩石崩解试验;引入分形理论,建立分形维数与酸雨历时、降雨酸度间的相关关系,定量刻画粉砂质泥岩酸雨崩解特征及影响因素;采用电感耦合等离子体发射光谱法分析不同酸度崩解溶液的离子成分差异,以探索降雨酸度造成岩石崩解特征差异的本质原因。结果表明:采用分形理论可以较好地反映粉砂质泥岩酸雨崩解特征,分形维数越大,粉砂质泥岩崩解程度越大;分形维数与酸雨历时、降雨酸度之间皆存在明显对数正相关关系;不同降雨酸度粉砂质泥岩崩解特征存在差异的原因在于白云石、方解石溶蚀程度不同。研究成果可为酸雨地区黏土岩的工程性质评价提供参考。