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。

红层软岩遇水作用的孔隙结构多重分形特征

红层软岩内部孔隙具有随机、多样化的分布特点,孔隙结构的变化是影响其宏观力学性能的关键所在。由SEM扫描电镜获取岩样不同饱水时间下的细观结构图像,根据盒维数法计算出孔隙的分形维数,发现随着饱水时间的加长,孔隙的分形维数呈现增大趋势。同时对孔隙的数量、大小进行统计分析,得出不同饱水时间下岩样内部孔隙的分布特征。基于多重分形理论,采用统计矩的方法对孔隙结构进行定量表征。结果表明,孔隙结构的分配函数与q阶次趋于线性关系,验证了该结构的自相似性与无标度性,由广义分形维数D(0)>D(1)>D(2)说明了孔隙具有多重分形特征,由多重分形谱参数分析了孔隙结构的不规则性与复杂程度,更好地表征孔隙大小各异的分布情况。结合孔隙结构的多重分形特征与岩样抗压强度,建立起孔隙结构变化与其力学性能的关联性,对研究红层软岩的损伤过程具有一定的指导意义。

含软弱夹层岩体质量评价研究

工程岩体质量评价实质就是应用工程地质类比法进行围岩稳定性评价。BQ分类作为国标,具有普适性。针对含软弱夹层岩体的力学特性,探讨了如何以BQ分类为基础,经过适当修正以建立合适的围岩质量评价体系。结合西南某大型水电站地下厂房区围岩岩体结构特征,进行了洞室围岩质量评价,其结果与RMR分类系统判别结果基本一致。

滇中红层软岩微观结构及水理特性试验研究

滇中红层软岩具有成岩作用差、易产生较大变形、遇水易软化、易崩解等特征，本文采用环境扫描电镜试验和水理特性试验，对红层软岩的微观结构特征，崩解、膨胀、软化等水理特性进行了研究。试验结果表明，红层软岩矿物粒间空隙大多被粘土矿物填充，粘土矿物以伊利石和蒙脱石为主，为混层结构，结晶程度相对较差，多数有蚀变的痕迹。具有微小裂隙的红层软岩在1～2次充分饱水烘干后，崩解性开始显现；随着干湿循环次数增加，岩样的质量变化呈减小趋势；干湿循环次数继续增加，崩解性指数趋于平缓。红层软岩由于风化作用影响程度和自然含水率的差异，岩体内部崩解张力具有明显不均匀性。经过自由浸水48h后，红层软岩的单轴抗压强度降低29．83％～58．47％，各地层软化系数在0．4～0．7之间，遇水后呈现显著软化效应。这些结果为红层软岩地区公路工程建设的工程地质研究提供了一定参考。

川中红层岩体结构裂隙发育特征及多尺度分析

四川盆地红层岩体宏细观裂隙发育,是影响其卸荷变形、吸水风化膨胀和工程特性的控制因素,近年来出现的多起高速铁路深挖红层路堑型路基持续超限上拱变形病害与此有关。为了解红层软岩裂隙发育特征,在原位岩体所有节理裂隙进行现场调查和测量统计基础上,采用统计岩体力学的方法,从不同尺度对岩体结构裂隙进行了深入系统的分析。结果表明,大尺度裂隙多为原生沉积层面,显示地层相变明显;中尺度和小尺度裂隙多为构造及剥蚀卸荷非协调性变形引起局部复杂应力场共同作用所致,深路堑开挖卸荷加剧了张性裂隙发展,以细观尺度裂隙为主,两种尺度裂隙长度分布均符合负指数模型,发育优势方向多垂直于层面,与基于岩体宏观结构面特征的分析结果吻合;该模型可以应用于工程实际,通过易于测绘统计的中尺度裂隙的发育特征分析,建立红层岩体整体形成的地质环境模型及裂隙结构框架,进而对红层岩体力学特性和红层工程岩体变形及稳定性进行更客观的评价。

山西垣曲抽水蓄能电站上水库粘土质砂岩工程特性研究

在山西垣曲抽水蓄能电站上水库勘察过程中,多个基岩钻孔出现砂状岩芯,出露深度不一,厚度不等,初期给地质人员对地层岩性认识造成了较大困扰.经过钻孔声波测试、孔内数字成像观察、矿物成分、化学成分分析和地表地质测绘层位对比等多种手段,确定砂状岩芯原岩为含高岭石赤铁矿胶结砂岩(粘土质砂岩),成层分布,有一定的抗压强度,但强度较低.该粘土质砂岩对工程影响较大,勘察过程中分析了砂状岩体的成因及存在的工程地质问题,类比南方红层软岩的研究成果,并通过声波数据估算其单轴抗压强度,为工程设计提供合理的建议.

红层软岩基本性质随埋藏深度的演变规律

文章以皖南红层软岩中齐云山组粉砂岩和徽州组泥质粉砂岩为研究对象,对不同埋藏深度下试样的物理性质、矿物组成及微观特征进行试验研究,并通过Image-Pro Plus软件,对不同埋藏深度下2组试样的二维可视孔隙率进行分析。结果表明:随着埋藏深度增加,2组试样的密度逐渐增大,而天然含水率和孔隙率逐渐减小,且2组试样各自的物理性质随埋藏深度增加,在强风化阶段差异明显,在中风化阶段差异减小;随着埋藏深度增加,2组试样中的石英、赤铁矿、石膏占比无明显变化,长石类矿物占比呈明显增加趋势,而黏土类矿物占比呈明显减小趋势。通过扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)试验发现,2组试样的微观结构随着埋藏深度增加而逐渐致密,孔隙也随之减少。

川渝地区红层软岩路堑边坡变形机理及对策

文章通过对川渝地区铁路项目红层软岩的结构面、岩体力学等工程特性进行了归纳。运用FLAC3D岩土软件,模拟了地表水入渗不同深度对边坡稳定性的影响,分析了边坡开挖高度、支护时机对边坡稳定性的影响,进一步总结了红层软岩的斜坡覆盖土路堑边坡、近水平岩层路堑边坡、中倾角顺层路堑边坡、大倾角顺层路堑边坡、反倾路堑边坡病害产生原因、变形机理与破坏模式。总结结果表明:结构面是影响红层软岩路堑边坡稳定性的关键因素,水的浸润与软化是影响路堑边坡稳定性的主要因素。为此,鉴于结构面、水在上述不同情况下对路堑边坡稳定性的影响程度不同,分别提出了相应的勘测设计对策。

水岩耦合下的红层软岩微观结构特征与软化机制研究

水岩长期作用下红层软岩体现出成岩作用差、易风化、易软化崩解等特点,给软岩工程设计与施工带来挑战。以滇中红层软岩地区所取泥岩试样为研究对象,首先对自然和饱水状态下岩样进行单轴和三轴压缩试验,分析水岩作用下软岩的力学特性;然后采用X射线衍射技术对不同含水状态下软岩微观结构进行对比研究;最后基于试验结果对滇中地区红层软岩遇水软化机制进行了探讨。研究结果表明:水岩作用下软岩力学性质劣化明显,岩石峰值抗压强度显著降低,岩体破坏程度提高;软岩黏土矿物颗粒吸水膨胀,微观结构由致密的团粒状转变为疏松多孔的不规则片状和鳞片状结构;伊利石等黏土矿物与水反应,产生的不均匀应力和大量微孔隙导致软岩内部结构破坏;红层软岩的遇水软化机制包括软岩矿物的溶蚀和次生作用、黏土矿物的吸水膨胀与崩解、软岩与水作用导致颗粒间胶结连结破坏等。

红层软岩膨胀力学特性试验研究

红层地区岩体膨胀变形现象显著。为研究红层软岩膨胀力学性能,采用YYP-50型岩石膨胀压力试验仪和岩石自由膨胀率试验仪对某隧洞区5种不同岩性的红层软岩进行室内膨胀特性试验,并通过pH计测定了膨胀压力试验前后水溶液的pH值。试验结果表明:该隧洞区5种红层软岩的平均膨胀压力差异明显,最低为175.13 kPa,最高可达2 080.16 kPa,膨胀力的对数与膨胀应变呈线性增长关系,膨胀压力与干密度、吸水率皆呈正相关,与初始含水率呈负相关;膨胀压力试验后5种软岩的水溶液pH值均大于7,且不同地层水溶液pH值变化率不同,膨胀压力的大小与pH值及其变化率呈正相关;5种软岩的平均自由膨胀率相对较大,纵向、径向最高可达40.8%和32.4%,平均膨胀压力与平均自由膨胀率表现出指数增长趋势。研究成果可为今后膨胀岩地区工程建设提供一定的理论支撑。

西南红层边坡分类及加固防护理念研究

通过对西南地区红层边坡的实地调查研究,并结合前人的研究资料,对红层边坡岩体结构和破坏形式进行统计分析。分析表明:红层边坡岩体结构归纳总结为层状结构、碎裂结构、散体结构和基覆二元结构四大类,层状结构进一步细分为五个亚类;红层边坡破坏形式划分为顺层滑动破坏、软弱互层破坏、楔形体破坏、倾倒破坏、风化剥落和坡面冲蚀六类;针对红层特性,对红层边坡的加固防护提出了放缓边坡、分格排水、植被保墒工程措施,实践工程防护和生态防护有机结合的理念。

红层软岩的岩体结构及边坡变形特征探讨

结合安楚公路工程实际,对工程沿线红层沉积建造环境,红层与红层软岩地层的特性,地质构造的基本规律,红层软岩岩体结构特征,以及通过调查分析,对挖方边坡变形失稳破坏机制进行探讨。

某挖填方工程红层软岩的工程特性及施工控制

结合四川省广元市广元分输站站场取得的红层软岩,对其压实特性、水稳定性、崩解性及抗剪强度进行实验,得到了该地区红层软岩的工程特性,为施工控制及红层软岩的填筑施工提供了理论依据。

贵阳红层软岩工程地质性质研究

根据岩土工程勘察和治理的工程项目资料,从矿物成分、化学组成、物理力学性质、水理性质等方面,对红层地区特殊的工程地质性质进行了分析研究,并总结了常见的地质问题,为红层地区的工程建设提供宝贵的资料。

水–岩作用下红层软岩力学特性劣化规律研究

红层软岩在三峡库区广泛分布,其在水–岩作用下的物理力学特性劣化将直接影响相关库岸边坡的长期变形稳定与安全。基于此,考虑消落带库水位反复升降变化,设计进行红层软岩的浸泡–风干循环水–岩作用试验,研究结果表明:(1)在水–岩作用过程中,红层软岩的强度及变形参数劣化趋势明显,岩样存在逐渐"变软"的趋势,而且前3次浸泡–风干循环中的劣化速率较快,5次浸泡–风干循环作用之后,红层软岩的强度及变形参数劣化趋势逐渐趋于缓慢;(2)在水–岩作用过程中,岩样的破坏模式也存在明显的变化,不同围压下岩样的剪切破坏特征逐渐明显,岩样破坏时控制性裂纹数量逐渐减少,次生裂纹的数量逐渐增加;(3)在水–岩作用过程中,水压力的反复升降变化和浸泡–风干循环作用对红层软岩造成了不可逆的渐进累积损伤,红层软岩由相对致密的结构转变成微观裂隙、孔隙发育的松散多孔结构,宏观上就表现为抗压、抗剪强度劣化和破坏模式的变化。相关研究结论可为库岸边坡长期变形稳定分析提供参考。

高速铁路红层软岩路基时效上拱变形机制研究

红层软岩地区高速铁路路基在运营期出现持续上拱变形,已成为当前阻碍我国高速铁路发展的又一关键因素,为揭示引起红层软岩地基时效性上拱变形机制,以西南地区某典型红层软岩深挖路堑路基上拱变形病害工点为依托,在现场工程地质与水文地质调查分析的基础上,结合基底地应力测试、红层软岩的吸水膨胀性试验和不同水理条件下的蠕变性试验结果,从地基岩体赋存的水、力环境、红层泥岩的时效性膨胀特性和水-力耦合蠕变特性角度,建立红层软岩地基分层变形机制模型,并系统分析地基短期、中期和长期上拱变形机制和特征。研究成果表明:(1)上拱区段属红层泥岩夹薄层砂岩的近水平地层结构,开挖法向卸荷引起浅层岩体微观裂隙松弛而视显,深层岩体仍为完整,地基岩体水平切向应力显著增大导致路基变形具有明显的结构效应;(2)侧向约束轴向自由下,红层泥岩吸水的时效性变形特征与其岩性及结构特征有关;(3)红层泥岩在低应力状态下即表现出典型的三阶段蠕变变形特征,且轴向应力越小,蠕变应变比越大;(4)水-力耦合作用下红层泥岩蠕变特性更为显著,大量级卸荷情况下上拱蠕变显著增大,蠕变稳定持续时间增长;水汽-力耦合作用下仍会出现显著的蠕变变形,蠕变稳定持续时间更长,总蠕变应变相对减小;(5)根据不同层位岩体的变形机制,将红层软岩地基划分为大气影响层(C1)、水汽-力耦合变形层(C2)、水-力耦合变形层(C3)和水-力耦合封闭层(C4)。路基短期变形主要由C1层岩体引起、中期变形由C3和C4层岩体引起、长期变形由C2层岩体引起。研究成果可为红层软岩地区高速铁路路基时效性上拱变形风险评估、预测及工程控制措施的设计提供理论支撑或参考。