干燥和饱水状态下炭质板岩力学特性试验

针对兰渝铁路二期木寨岭隧道炭质板岩富含裂隙水,遇水易软化的工程特性问题,开展了干燥和饱水状态下炭质板岩基本力学特性的试验研究,包括三轴压缩、巴西劈裂和楔形剪切试验。结果表明:炭质板岩饱水前后的应力峰值、应变峰值以及弹性模量均随围压的提高而增大,泊松比随围压的提高有所降低,并且干燥试样强度和弹性模量对围压的敏感度要高于饱水试样。相对于干燥岩石,饱水状态下岩石的强度峰值降低,而应变峰值提高,并根据楔形剪切试验结果,得到了饱水前后岩石的抗剪强度包络线,反映了水对炭质板岩强度和变形特性具有显著的影响。

饱水状态对浸水马歇尔试验结果的影响

试件的饱水状态对沥青混合料水稳定性检验的试验结果有较大影响.通过改变沥青混合料试件浸水时间和温度,进行浸水马歇尔试验,分析了饱水率随时间和温度的变化规律,评价了饱水率对混合料水稳定性的影响.结果表明:对于不同空隙率的混合料试件,浸水48 h无法保证达到完全饱和状态,普通浸水马歇尔试验难以准确评价混合料的抗水损害能力.提出了以饱和浸水残留稳定度作为沥青混合料水稳定性的评价指标,建议对于空隙率不大于4%的试件可以在60℃条件下浸水48 h后检验其水稳定性;当空隙率大于4%时,应根据实际情况调整浸水时间以保证其达到浸水饱和状态.

干燥与饱水状态下炭质板岩蠕变特性研究

采用分级增量循环加卸载方式,对兰渝铁路木寨岭二期隧道炭质板岩进行干燥与饱水状态下的蠕变试验。结果表明:无论干燥状态还是饱水状态,在各种应力水平作用下,岩石试件均产生了可恢复的瞬时弹性应变、不可恢复的瞬时塑性应变、可恢复的粘弹性应变以及不可恢复的粘塑性应变;水对岩石瞬时变形的影响主要表现在瞬时塑性应变方面,对瞬时弹性变形的影响不大;在蠕变变形方面,水对岩石黏弹性影响显著,对粘塑性应变的影响较小。根据岩石蠕变特点,选用Burgers模型描述炭质板岩流变特性,蠕变试验曲线与理论曲线吻合较好。

自然及饱水状态下煌斑岩力学特性试验研究

为了探究煌斑岩层状大面积侵入条件下特厚煤层综放开采矿压显现异常的机理,分别对自然及饱水状态下煌斑岩进行了单轴压缩、巴西劈裂和变角剪切试验等力学试验研究。结果表明:两种状态下煌斑岩在单轴压缩试验峰前均经历了孔隙压密、弹性变形、塑性变形三个阶段,但自然状态下煌斑岩弹性变形阶段很长、塑性变形阶段很短,由峰后曲线可知饱水和自状态下煌斑岩分别属于Ⅰ类稳定破裂型岩石和Ⅱ类非稳定破裂型岩石;自然状态下煌斑岩单轴抗压强度平均为114.53 MPa,饱水抗压强度比自然状态降低了39.7%;由巴西劈裂试验知自然状态下煌斑岩平均抗拉强度为8.63 MPa,饱水后煌斑岩的抗拉强度比自然状态降低了42.4%;由变角剪切试验分别获得了两种状态下煌斑岩的强度曲线方程,并得到了两种状态下煌斑岩的内聚力和内摩擦角,饱水后内聚力内摩擦角分别下降了21.8%和1.6%。

不同初始饱水状态红砂岩冻融损伤差异性研究

借助于红砂岩冻融循环CT扫描试验,从扫描层面内不同的感兴趣区域内CT均值数大小及其变化以及CT图像,对4种典型的不同初始饱水状态红砂岩进行冻融循环条件下损伤扩展差异性研究。研究结果表明,对于初始损伤相同的岩石,初始饱水状态将决定冻融循环对其损伤扩展的影响程度。

干燥和饱水状态下岩石混凝土一体两介质受力特征试验研究

为了研究干燥和饱水状态下岩石-混凝土一体两介质损伤破坏特征,揭示饱水作用下一体两介质的破坏机理,开展了砂岩、混凝土和砂岩混凝土一体两介质三种模型试件在干燥和饱水状态下单轴压缩试验研究。结果表明:岩石-混凝土一体两介质表现出单一介质模型连续性的力学特性;干燥和饱水状态下岩石-混凝土一体两介质强度介于岩石和混凝土单一介质之间,且更接近强度更低的混凝土试件;三种模型试件在干燥状态下破坏形式为脆性破坏,而饱水状态下破坏形式为延性破坏。

干燥与饱水状态下炭质板岩变形特性分析

针对兰渝铁路二期木寨岭隧道炭质板岩富含裂隙水,遇水易软化的工程特性,对干燥和饱水状态下炭质板岩开展常规三轴试验和单轴循环加卸载试验研究。结果表明,水对炭质板岩的变形特性影响显著。相比干燥岩样,饱水试样峰值强度明显降低,而变形量则显著增长。循环加卸载试验的变形曲线表现出明显的记忆性,其外包线几乎与单调连续加载的变形曲线完全重合;同时,加卸载条件下由水引发的塑性变形比加载引发的相应变形值还要大,干燥岩石在每一循环周期下弹性模量值约为饱和状态下的2倍。

基于声发射的自然与饱水状态混凝土动态劈拉特性对比

为研究自然状态与饱水状态混凝土的动态劈拉特性,进行了不同应变速率(10^(-5)/s,10^(-4)/s,10^(-3)/s,10^(-2)/s)下的径向劈拉试验,对混凝土劈拉强度进行了深入分析,并利用实时采集的声发射数据分析自然状态与饱水状态混凝土在劈拉破坏全过程中的能量释放特性及破坏规律。结果表明:自然状态和饱水状态混凝土的劈拉强度随加载速率的增加而增大。在低应变速率(10^(-5)/s,10^(-4)/s和10^(-3)/s)时,由于自由水的楔入作用,饱水状态混凝土的劈拉强度比自然状态混凝土的劈拉强度小;在应变速率为10^(-2)/s时,由于Stefan效应,饱水状态混凝土的劈拉强度比自然状态混凝土大;饱水状态混凝土的动态增强因子比自然状态混凝土的大,饱水状态混凝土率敏感性更显著;声发射信号特征与混凝土的破坏特性相一致,实时采集的声发射信号可对混凝土的劈拉破坏过程进行较准确的监测。

饱水状态对岩石冲击倾向性影响的研究

取菏泽赵楼煤矿岩样进行了饱水前后冲击倾向性指标的对比试验,研究发现饱水状态对岩样弹性能量指数影响明显,动态破坏时间和冲击能量指数亦有影响。对于不同水稳性特征的岩石,饱水前后的冲击倾向性存在明显差异。

饱水状态下根基质复合体整体稳定性数值模拟研究

植生基质喷播技术是岩质边坡生态重建的有效技术之一,其整体稳定性受降雨影响显著,为研究降雨条件下根-基质复合体的整体稳定性,利用有限元软件PLAXIS模拟根-基质复合体在自然与饱水状态下的整体稳定性。计算结果表明:在自然与饱水状态下,边坡坡顶根-基质复合体与边坡接触区域水平位移的最大值分别为2.69mm和4.95mm;饱水状态下,根-基质复合体与边坡接触区域塑性区面积较自然状态下明显增大;且在边坡坡顶根-基质复合体与边坡接触区域更易发生导致根-基质复合体整体坍塌的张拉破坏。

全强风化矿物饱水状态下变形模量原位试验研究

对全强风化矿物开展了载荷试验、变形试验和旁压试验。分析了地质矿物的强度变形指标与土体埋深和风化程度的变化关系。对不同原位试验获得的变形模量进行了对比分析,提出了饱水状态下,由旁压剪切模量推求变形模量的经验系数。

花岗岩岩块饱水状态对纵波波速测试结果的影响

在岩土工程勘察中,采用纵波波速测试评价岩石的物理力学性质时,常会遇到岩块纵波波速试验值小于岩体纵波波速的异常情况。通过对青岛地铁勘察资料和勘察过程的调查分析,以花岗岩为例,采用对比试验模拟勘察试验过程进行验证,发现岩块饱水状态的变化和岩块纵波波速测试规程不严谨是导致岩块纵波波速测试结果不准确的重要原因之一。结合发现,文中对提高花岗岩岩块纵波波速测试结果准确性提出了建议。

天然和饱水状态B类角砾岩的力学性质及其对地下厂房稳定性的影响

从现场勘查、室内试验和数值计算的角度对某厂房出露的B类角砾岩的岩体特性、力学性质与开挖卸荷后围岩稳定性做系统的分析。室内试验结果表明,0~15 MPa围压下B类角砾岩表现典型的弹脆塑性;饱水试样在相对较高围压下加载时,试样的变形趋于均匀化,此时弹性模量不再随围压增大而增大。峰值强度的离散性较大,这是由于试样中方解石含量不同,随方解石含量增大,试样峰值强度增大;饱水状态试样较天然状态内摩擦角小而黏聚力大,体现水对角砾岩黏结强度的提高和内摩擦因数的弱化作用;利用角砾岩区域的三维数值模型计算得到开挖卸荷条件下B类角砾岩区域围岩的基本力学响应。计算结果与现场监测数据吻合较好。经过对B类角砾岩出露区域系统地加强支护,确保了施工期角砾岩区域的稳定性。

不同含水状态采空区冒落岩体压缩变形特征研究

为了研究含水条件下采空区对地表变形的影响,进而给采空区稳定性评价提供科学的依据,以杨庄煤矿5号煤层采空区的冒落岩石为研究对象,通过对自然状态冒落岩块进行加载试验和注水加载试验,研究松散岩体在自然状态和饱水状态下的压缩变形特征。试验证明:各级荷载下压力传感器监测到的采空区冒落松散岩体轴向压应力先增大再减小,采空区冒落松散岩体压实过程伴随着其内部应力集中的逐步消散。通过对比发现,随着外加荷载的逐级增加,自然状态采空区冒落松散岩体的压缩变形量的增加量逐步减小;而在一定外加荷载下,变形已趋于稳定的非饱水状态采空区冒落松散岩体在注入水之后仍会发生迅速而明显的压缩变形,从而导致采空区地表的二次变形。

不同含水状态砂岩分级加载蠕变变形特性研究

针对矿山开采过程中矿柱在长期地应力作用下发生的蠕变破坏受其含水状态影响的问题,利用岩石蠕变-冲击试验机,开展了干燥、饱水和浸水状态下的砂岩分级加载蠕变试验。超声波特性能够反映岩石内部结构和力学特性,因此基于超声波测试分析含水岩石蠕变过程中的声学特性,探索水对岩石力学特性弱化作用机理;研究含水状态对岩石蠕变破坏特性的影响,揭示含水矿柱蠕变破坏前兆和时间规律。基于干燥和饱水砂岩分级加载蠕变过程超声波测试,讨论了加载过程中超声波波速、主频和幅值的变化规律。结果表明:随着应力水平增加,干燥和饱水砂岩的主频及幅值都在降低,出现“频率漂移”现象,砂岩饱水后表现出低通滤波特性;与干燥状态下的砂岩相比,饱水状态使其损伤量增大。初始含水状态影响蠕变变形量和变形速率,浸水砂岩和饱水砂岩破坏的时间和应力水平低于干燥试样;试样破坏前都有蠕变应变从缓慢增大到急剧增大的一个拐点,蠕变应变过了拐点后0.5 h之内试样破坏。干燥、浸水和饱水岩石蠕变破坏模式分别为X型破坏、整体破碎为多块和沿轴向张拉破坏。

干燥和饱水炭质板岩流变力学特性与模型研究

水是影响岩石流变力学性质的重要因素.采用分级加载方式,对兰渝铁路木寨岭二期隧道炭质板岩开展干燥与饱水状态下的单轴蠕变试验.结果表明:饱水岩样的蠕变量和蠕变速率远大于干燥岩样的相应值,相同应力水平下的蠕变应变可达到干燥岩样的3倍以上,进入稳定蠕变阶段也需要更长的时间.分析岩石的蠕变规律,通过在Burgers流变模型上串联一个非线性粘塑性体,提出改进的非线性损伤流变模型,推导其一维和三维蠕变方程.并对流变模型参数辨识方法进行改进,采用线性递减权重粒子群算法(PSO)和Levenberg-Marqud非线性最小二乘法相结合的方法对试验结果进行参数辨识,结果表明该模型能够很好地描述炭质板岩在不同应力水平下的蠕变特性.

绿泥石千枚岩力学性质及其饱水劣化机制

针对工程中常见的千枚岩,进行了不同片理角度的压缩试验以及相关的SEM测试,分析了片理面和含水量对其力学性质和破坏模式的影响以及千枚岩的软化机理。研究结果表明:(1)不同片理角度千枚岩的应力-应变曲线大体一致,都经历了压密段、弹性段、屈服段和破坏段;饱水岩样的屈服段更加明显,峰值应变增加,应力-应变曲线跌落变缓。(2)千枚岩的各向异性显著,片理角度从0°到90°,弹性模量呈倒S型变化规律,变形模量和抗压强度呈先减小后增大的U型变化规律;饱水千枚岩的弹性模量和变形模量分别下降了41.63%~47.38%,37.44%~43.02%,强度软化系数为0.49~0.70,其中β=30°时软化系数最小。(3)千枚岩的破坏模式可分为3种类型:张拉劈裂破坏,剪切滑移破坏和张拉-剪切复合破坏。饱水试样的破碎程度低,脆性减弱,剪切破坏增强。(4)黏土矿物颗粒吸水膨胀、颗粒间胶结物溶解,使得黏土矿物软化、剥落,岩体结构变得松散,这些微结构的改变导致了千枚岩力学性质的劣化。

饱水地质聚合物混凝土基本力学性能研究

本文对自然干燥状态及饱水地质聚合物混凝土的质量变化、超声波速、抗压强度、抗折强度、劈拉强度进行了试验研究,分析了饱水状态对地质聚合物混凝土（GC）基本物理力学性能的影响。结果表明：GC的吸水速率随浸水时间的延长显著降低,质量在前期增长较快,浸水28 d后,试件基本达到饱和状态,平均质量增长率为2.91%;超声波在饱水GC试件中的波速明显增大,波速增长率在15%~20%之间;饱水状态对GC静态力学性能具有明显的负面影响,其抗压强度、抗折强度及劈拉强度较干燥状态均出现不同程度的降低,分别下降了12.0%、23.0%和17.2%。

饱水裂隙砂岩力学及前兆异常特征量化分析

为定量分析裂隙岩体的遇水软化特性,首先采用高速水刀切割技术在砂岩试件中预制裂隙,裂隙倾角分别设置为30°,45°和60°,代表缓倾、中缓倾以及陡倾结构面。然后,对自然和饱水状态下裂隙砂岩试件进行单轴压缩试验,利用数字图像相关方法对加载过程中试件进行非接触式全场变形观测。其次,引入标准差,描述应变场数据的离散程度。最后,对应变场标准差-轴向应变曲线进行有限差分求导,计算应变场分异速率,提出一种识别前兆异常的方法,定量描述饱水作用对裂隙砂岩前兆异常特征的影响规律。研究结果表明:自然和饱水状态下试件的应力-应变曲线趋势相似,可划分为原生缺陷压密、线弹性变形,裂纹萌生至稳定扩展,裂纹非稳定扩展以及峰后等5个阶段。饱水作用劣化岩体性能并加剧非均质性,裂隙倾角也会影响饱水试件的软化系数,而陡倾裂隙的劣化作用更为显著;起裂应力、抗压强度以及弹性模量软化系数分别在0.47~0.60,0.48~0.66以及0.78~0.85。数字图像相关方法可识别和定位裂纹扩展路径,表现为应变局部化;饱水试件的裂纹起裂、扩展及贯通先于自然试件。岩体最终失稳破坏前,自然和饱水状态下裂隙砂岩试件的应变场分异速率-轴向应变曲线先后出现明显增长点P1和尖点P2,分别对应张拉裂纹和剪切裂纹起裂点。饱水作用使得P1点出现变早;而P2点对应的应力与峰值应力更接近。

饱水裂隙砂岩动态力学特性与裂纹扩展规律研究

为研究饱水裂隙岩石动态力学特性及裂纹扩展规律,对预制0°,15°,30°,45°,60°,75°,90°共7种倾角裂隙的砂岩试件进行饱水处理,利用SHPB试验装置开展冲击压缩试验。结果表明:不同倾角预制裂隙的饱水砂岩和天然砂岩试件动应力-应变曲线相似,大致分为3个阶段,试件动抗压强度、动应变和动弹性模量均随裂隙倾角增大整体呈先减小后增大的趋势;与预制裂隙天然砂岩试件相比,饱水砂岩试件动抗压强度和动弹性模量略有提升,而动应变减小,表现出动态加载条件下水作用的Stefan效应。随预制裂隙倾角变化,饱水砂岩试件破坏方式呈现为张拉、剪切和张拉剪切复合型等破坏模式,裂隙倾角0°和15°时为Ⅱ型破坏,30°~75°时为Ⅰ-Ⅱ复合型破坏,90°时为Ⅰ型破坏。预制裂隙砂岩试件裂纹起裂位置主要集中在裂隙尖端附近,起裂角随预制裂隙倾角增大而减小,且入射端起裂角大于透射端。