浙江嵊州-新昌地区红层软岩崩解能量耗散研究

以浙江嵊州-新昌地区红层软岩为研究对象,探究该地区红层软岩崩解表面能特性。基于能量耗散原理,通过分析该地区3组不同组成成分的红层软岩在干湿循环作用下崩解过程中能量的转化、传递和耗散,得出红层软岩崩解过程中吸收的能量向表面能转化的规律。结果表明,该地区红层软岩随着干湿循环次数的不断增多,表面能累计增长量有3个变化过程:初期呈平缓增长;中期表面能急剧增加,增长速率越来越快;崩解后期其表面能累计增长量逐渐保持平稳状态。试验还表明黏土矿物含量越高的红层软岩,产生的表面能越多,耐崩解性越差。本研究提出的能量耗散模型,为治理浙江嵊州-新昌地区各种红层软岩问题提供了参考价值。

干湿循环作用下嵊州-新昌地区红层软岩崩解及强度弱化特性

红层软岩遇水易崩解并造成其强度弱化,在边坡工程建设中易造成其稳定性弱,导致经济损失,甚至人员伤亡。揭示红层软岩干湿循环作用下黏聚力与内摩擦角的变化特征对于针对性设计边坡处理措施具有重要意义。以浙江嵊州-新昌地区下白垩统朝川组3组红层软岩为研究对象,通过干湿循环试验、崩解岩块点荷载强度试验和崩解颗粒直剪试验研究了红层软岩崩解及强度弱化特性。结果表明:试样在干湿循环作用下呈碎块状-粒渣状-泥糊状依次崩解的形态,其主要崩解过程可分为初始崩解、快速崩解、细微再崩解和崩解稳定4个阶段;试样的点荷载强度I_(s(50))随干湿循环次数的增加而降低,耐崩解指数I_(dn)与点荷载强度I_(s(50))呈正指数关系,试样的点荷载强度I_(s(50))在耐崩解指数I_(dn)为80%~100%之间急速弱化,在耐崩解指数I_(dn)为50%~80%之间表现缓慢弱化特性;试样的峰值抗剪强度介于0.567~1.219 MPa之间,其多发生在剪切位移3 mm前后,同组试样在相同轴压下,峰值抗剪强度随循环次数的增加而减小,试样崩解颗粒内摩擦角在22.28°~33.03°之间,黏聚力在0.46~0.74 MPa之间。试样的摩擦角和黏聚力随着干湿循环次数增加,都呈负指数关系。试验结果表明砂质比泥质胶结的耐崩解性更好,黏土矿物高的岩石更容易崩解,而“白色矿物”钠长石的吸水膨胀能力远不及黏土矿物,其含量差异对耐崩解性的影响不及黏土矿物。

间歇式降雨对沅麻盆地红层滑坡的影响分析

沅麻盆地红层边坡具有岩层倾角小和所处边坡坡角小的特点,天然状态下处于相对稳定状态。水对红砂岩的力学性质有着很大的影响,降雨的入渗会引起边坡内土层饱和重度上升和基质吸力下降,在裂隙中产生的水头会对坡体有平推力。为了研究降雨对边坡稳定性的时间-空间效应,通过现场勘察沅麻盆地地区已有滑坡,采取数值模拟等手段进行定性和定量分析,还原大华坪滑坡的全过程,并对不同强度下前期降雨和后期降雨对边坡的作用进行对比分析。结果表明:前期降雨影响体现在入渗后引起的基质吸力降低和裂隙中水压不断上升,安全系数不断下降但未能达到滑坡临界值,停雨后边坡安全系数的回升具有滞后性,前期降雨量越小滞后性越明显;后期降雨影响体现在降雨量越大,更容易形成表面渗流,增大了下滑力。如果原有裂隙中存在积水,则坡体停雨阶段的安全系数变化比较缓慢。

红层软岩隧洞围岩稳定性分析及分类方法改进

以亭子口灌区一期工程(Ⅳ标段)为工程实例,选取小洞径隧洞较典型的工程地质条件类型,运用工程地质分类法、RMR法、Q系统围岩分类方法分别对红层软岩隧洞围岩稳定性进行分类,由此避免因单一方法造成的系统偏差,对本工程隧洞围岩有了更系统的认识,评价了各方法适用性,并指出各方法分类过程中侧重的分类指标及存在的问题。为改进工程地质分类方法并建立本项目专门的围岩分类方法提供了技术参考和思路:(1)对于小洞径完整软岩岩石强度指标权重可适当降低;(2)对于无结构面发育的围岩,其结构面产状与洞向组合关系指标减分项数值可适当缩小;(3)对本工程水理性质敏感的软岩,因围岩干燥状态和遇水后的工程性质差异巨大,工程地质分类法低估了软岩有水后的劣化影响,故地下水指标权重可适当增大;(4)洞径的影响可加入评分系统中,以某一标准洞径作为零分项,超出该洞径范围实行加、减分。按照以上思路改进工程地质分类对规范的修订有较高参考价值。

广东红层特性及主要工程地质问题与建议

分析研究了红层的形成、分布和特征,并结合自身完成的具体工程实例和业内代表性研究成果,对涉及红层的边坡崩塌、失稳及桩基础、浅基础设计、施工中遇到的工程问题进行了阐述、总结和分析,并提出相关的应对措施和建议。

红层软岩地区隧洞开挖与初期支护方法研究

鉴于红层软岩地区隧洞相关围岩特性随时面临高地应力围岩挤压变形问题,其施工难度大,开挖支护方案的确定必须考虑到整个施工过程和工程长期运营的安全稳定性。以亭子口灌区一期工程狮子岩隧洞为例,结合红层软岩地区粉砂质泥岩特性对不同围岩级别的隧洞开挖与支护方案进行了研究,结果表明:施工前有效开展超前地质预报、及早判断地质情况,可以有效应对突发不良地质状况。在隧洞开挖过程中,根据超前地质预报,针对破碎围岩可以及时采取超前支护方式、增加超前小导管或小管棚等措施以加强岩体的稳定性,再逐步进行后续的系统支护施工。

浅埋长大输水隧洞下穿省道建设施工技术研究

云南省滇中引水工程楚雄段4标段下穿S218省道,位于省道正下方的最小埋深仅为20m。为最大程度减小隧洞施工对S218省道的影响,保证隧洞施工安全、质量和进度,提出了包括采用超前固结及洞周注浆、超前支护及加强初期支护等措施在内的浅埋长大输水隧洞下穿省道施工建设技术,并结合现场量测结果,分析了该技术的现场实施效果,以及该技术的效益情况。结果表明,该技术能提高滇中红层软岩的承载能力,同时恢复或构成完整的岩体结构,进而形成连续的结构体,有利于后期系统锚杆、锁脚锚杆加固时锚固力的传递,大幅度提高加固质量和效果,有效控制隧洞变形,同时实现较小超挖,大大提高施工效率和质量,节约项目成本。

渗流作用下红层软岩流变力学特性试验与本构模型研究

滇中引水工程隧洞软岩大变形问题是十大世界级技术难题之一.以滇中引水工程柳家村隧道钙质泥岩为研究对象,开展了渗流作用下的三轴流变力学试验,研究了渗流作用影响下钙质泥岩流变变形规律及加速流变特征.结合钙质泥岩在不同渗压作用下的流变特性,引入比奥系数与损伤变量,基于非线性元件模型,建立反映不同渗流压力作用下钙质泥岩损伤流变特性的本构模型,对非线性损伤流变模型进行参数辨识,模型与流变试验结果匹配良好.研究成果对认识和掌握滇中红层软岩渗流流变力学特性具有重要理论意义和实用价值.

红层地区基坑锚杆抗拔承载力及计算参数时变特性

针对锚杆在服役过程中承载力可能下降的问题,对红层地区某基坑工程开展多批次锚杆拉拔试验,得到了红层软岩锚杆的荷载-位移曲线(P-S曲线),揭示了红层软岩基坑锚杆抗拔承载力随时间衰减的特征。首先基于锚固体-岩土界面的三折线本构模型,推导出锚杆端部(锚头)的荷载-位移关系式;然后基于现场试验数据,采用鲸鱼优化算法进行计算参数反演,得到关系式的计算参数值及其随时间的变化特性。结果表明:红层软岩基坑锚杆抗拔承载力随时间衰减,且承载力衰减幅度随着时间的增长并不收敛,荷载-位移关系式的计算参数也随时间变化:服役3年后,锚固界面极限强度降低了46.8%,侧摩阻力传递系数降低了60.6%,极限荷载下锚固体的脱黏段长度降低了16.7%,而极限剪切位移增加了36.9%;与服役近1年相比,锚杆抗拔承载力与计算参数随时间的变化没有稳定趋势,因此对基坑支护结构延长使用年限应谨慎对待。

某红层深挖路堑基底上拱离心模型试验研究

本文以成自铁路球溪站深路堑工点为研究对象,开展了外业调查、资料整理和模型选取,通过离心机模型试验分析开挖深路堑前后应力场和位移变化规律,探究路堑坡体开挖后基底不同深度水平应力与竖向应力变化的特征、相对大小关系及变形情况,结果表明:(1)深路堑坡体开挖后,基底埋深一定深度范围内,水平应力调整为大于竖向应力,基底中部上拱变形量最大;(2)水平应力与竖向应力的大小关系是导致深路堑基底产生上拱变形的关键因素。

某厂区红层软岩碎石土填方高能级强夯现场试验研究

某大型厂房场地的建设为大型挖填方工程,场地地层岩性以红层软岩为主,填方厚度0~60m不等。为分析不同高能级的强夯处理对红层软岩碎石土地基的加固效果,现采用15000kN·m、12000kN·m、8000kN·m三个强夯能级对碎石土填方地基进行现场试验,强夯处理后,分别进行了平板载荷试验、动力触探试验、地震波检测、多道瞬态面波测试等试验,分析强夯加固前后地基土物理力学性质的变化规律,评价高能级强夯处理该地区碎石土高填方的效果。结果表明15000kN·m和8000kN·m能级强夯对于填土加固效果较好,12000kN·m能级强夯对于填土加固效果较差,原因是12000kN·m能级的试夯区域细粒土含量较多且含水率较高,并对红层软岩对强夯效果的影响因素进行了分析,可为类似填方场地地基处理提供借鉴。

桂西南红层工程地质特性及工程效应研究——以驮英水库及灌区工程为例

红层是桂西南重要并广泛分布的特殊岩体,强度低,遇水易软化,具较强蠕变性,常诱发地质灾害。本文以驮英水库及灌区工程红层为例,详细阐述了驮英工程地质环境,系统分析了主要工程地质问题,剖析地质灾害原因,并对桂西南红层地区主要工程地质问题提出工程建议。

红层软岩区浅埋隧洞开挖爆破及振动监测技术

十四五期间,国家大力发展水利工程,保障国民及工业用水安全,仅2022年国家确立的水利工程方面的投资目标就达8?000×108元。向家坝灌区作为国家确立的172项节水供水重大水利工程之一,灌区开发任务以灌溉为主,兼顾城乡生活、工业供水。设计灌溉面积348.85×104亩(习惯亩),并补充灌区内145个城镇(包括8座县)和443.61×104农村人口的生产生活用水,并向自贡、内江市区和隆昌县城供水。

水-岩相互作用下华南红层软岩力学特性

为研究红层软岩的水-岩相互作用,开展了不同含水率红层软岩的三轴压缩试验,分析了含水率对力学特性、破坏形式、微观结构和损伤机制的影响,构建了含水红层软岩的统计损伤本构模型。研究结果表明:随含水率的升高,红层软岩的峰值应变呈线性递增,峰值强度和弹性模量分别呈线性和指数函数递减;含水率对红层软岩的破坏模式产生明显影响,含水率较低时的破坏形式为剪切破坏,随着含水率的增加,破坏形式向剪切-张拉复合型破坏转变。在水-岩相互作用下,华南红层软岩的孔隙颗粒物相互吸附,形成片状结构;在饱水状态下,片状和鳞状结构进一步增多,整体结构变得更加松散破碎。考虑水-岩作用,引入损伤修正系数对本构模型进行改进,改进后的统计损伤本构模型计算结果与试验结果一致,能较好地描述水岩作用对红层软岩力学性质的影响。

嵊州红层软岩强度试验研究

红层边坡的开挖常诱发边坡的崩塌灾害,稳定性问题十分突出。文中针对嵊州红层软岩进行了X射线粉晶衍射测定矿物成分,进行了不同围压下的三轴应力-应变试验,对试验结果进行分析,研究了不同围压下红层软岩的破坏规律、峰值强度、残余强度的规律;通过最小二乘法绘制了峰值强度和围压的最佳关系曲线,得到红层强度的准确表达式。

嵊州红层软岩微观结构及细观模拟参数分析

为了揭示嵊州红层软岩内部结构,确定细观模拟参数的取值,文章通过CT扫描实验和颗粒流数值模拟方法进行了分析。结果表明,岩样内部裂缝主要分布在试样两端,内部裂缝呈平行分布。通过模拟给出了该岩样的颗粒流细观参数建议取值,以供参考。

铁路隧道浅埋软岩大变形控制施工技术研究

西南地区滇中红层软岩是云南滇中地区的特有地层,隧道长距离穿越该种浅埋软岩地层,将面临软岩大变形等多种施工难题,为此,依托山田隧道,对软岩大变形影响因素进行研究,并重点分析了受力体系转换过程,分析得到上台阶钢拱架是承受围岩沉降的主要结构,初期支护闭合成环后,主要受力部位转变到边墙范围,并提供了一套浅埋软岩大变形控制技术,可取得理想的效果,颇具推广价值。

巴东组红层软岩缓倾顺层边坡破坏机制分析

在对边坡岩体进行一系列工程地质特性试验研究的基础上,以该类边坡最常见的平面滑动模式建立潜在滑动面上不同位置的稳定性系数表达式,结合实例计算分析边坡开挖对其稳定性的影响,并对潜在滑动面软弱夹层的剪切流变过程进行分析。分析结果表明,巴东组红层软岩缓倾顺层边坡的破坏是从坡脚开挖开始到潜在滑动面,由等速蠕变到加速滑动的渐进过程,期间伴随着坡脚岩体的崩解、节理裂隙的扩展延伸和地表水沿裂隙下渗软化潜在滑动面等因素的共同促进作用。在掌握该类边坡破坏机制的基础上,对其加固方式和施工组织提出相关建议,研究成果对同类型边坡的设计和施工具有重要的参考意义。

红层软岩模型试验相似材料的配比试验研究

相似模型试验是研究红层软岩工程性质的重要手段之一,其试验结果的可靠性依赖于相似材料的正确选择与合理配比。针对红层软岩遇水极易软化的特性,在传统相似材料配比基础上添加生石灰,采用正交设计方法开展了相似材料配比试验,以骨料中铁粉与钡粉质量比例、铁粉与钡粉总质量中铁粉的质量比例、石膏质量、生石灰质量为4个因素,每个因素设置了5个取值水平,共制作25组、610个试样。每组试样均测试了其软化系数、密度、无侧限单轴抗压强度、抗拉强度及黏聚力与内摩擦角等物理力学参数,并研究了这些参数随上述4个因素取值水平的不同而变化的规律。最后,基于上述结果,配制了3种典型的软岩相似材料,并分别开展了真实软岩材料的饱水软化平行对比试验。研究结果表明:(1)根据配比方案所配相似材料物理力学参数可基本满足软岩相似模型试验的要求;(2)相似材料物理力学参数变化规律明显,便于通过调节其配比模拟不同软岩材料;(3)三组对比试验中相似材料饱水软化系数与真实软岩具有较高吻合度。

红层软岩变形特性试验研究

以沪蓉西高速公路工程中发生变形破坏较多的巴东组红层软岩为研究对象,通过室内三轴压缩试验、现场承压板压缩试验及流变试验对岩体的变形特性进行系统分析。室内三轴试验分别对自然和饱水状态下的岩体进行分析研究,建立考虑结构面闭合变形的红层软岩弹性本构模型,并分析水对岩体变形特征的影响;现场承压板试验分别对泥质含量不同的2处岩体进行压缩试验,分析其变形特性的异同,同时对其中一点在外荷载作用下内部岩体的应力分布以及位移影响范围和深度进行探讨,并对循环荷载作用下岩体的变形特性进行分析;流变试验在3级不同荷载下进行,通过试验结果建立考虑结构面闭合变形的流变本构模型。通过以上一系列分析研究,从整体上把握巴东组红层软岩的变形特性,为深入研究该岩体其他特性打下基础,同时对该类岩体组成边坡,尤其是对反倾边坡的设计具有重要的指导意义,也为预应力锚索在该类岩体边坡中的加固效果研究提供参考。