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.

滇中引水工程红层软岩剪切流变特性试验研究

软岩是滇中引水工程经常遇到的岩体,其抗压强度低,具有明显的流变特性,蠕变变形量大,容易引起隧道的失稳与破坏。通过试验,对其剪切流变性进行研究,经过模型辨识,认为红层软岩流变符合伯格斯模型,结合已有流变实验进行综合分析,得出“滇中红层”软岩的流变参数,用于指导工程建设。

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。

滇中红层浅层地下水的特征和农村供水示范工程的建立

为了缓解滇中红层区村镇居民生活用水的困难,中国地质调查局在该区实施了地下水勘查与供水示范项目。依据项目的勘查数据、供水示范工程并结合前人已有的成果,重点探讨了示范区不同类型地下水的分布、赋存特点和多种类型钻井取水、多种供水模式供水的地下水开发利用方式。

云南侏罗系“红层”复杂情况的处理方法

云贵川地区中生界侏罗系坝注路组,岩性为紫红、暗紫红色泥岩夹细砂岩,局部夹灰、灰绿色粉砂岩、泥灰岩及其透镜体,因其以红色为主,俗称"红层",吸水性强,极易风化,一旦失去稳定性,漏失、掉块、坍塌现象严重,如果处理不当极易发生卡钻、埋钻等事故,甚至造成钻孔报废。在充分研究区内地层特点的基础上,从调制钻井液、钻具结构调整和注浆护壁等方面入手,采用高密度钻井液体系、小径钻具等多项措施,从而的完成了施工任务,为同类地区的钻探施工提供了借鉴。

滇中红层含盐层水文地质特征

红层沉积环境多样,易溶盐会在一些区段富集形成含盐层。含盐层岩石矿物成分复杂,可溶岩和可溶性矿物含量较高,更易形成溶隙、溶孔,地下水类型以溶蚀裂隙孔隙水为主,水质复杂,水化学成分、含量与易溶矿物成分、含量关系密切。云南红层地下水勘查示范成果表明,滇中红层含盐层浅部全—强风化带含盐层容易淋滤沉着形成自封闭带,富水性较差,地下水位以下的中等—微风化带岩层透水性好,富水性强;含盐层区亦有可饮用淡水分布,补给、排泄条件好的裸露型含盐层中水质较好,循环条件差的埋藏型、覆盖型含盐层中水质较差;浅层地下水水质随深度的变化不明显。

饱水-失水循环下泥岩的剪切蠕变特性研究

为研究滇中红层泥岩在饱水-失水循环作用下的剪切蠕变特性,采用YBL-300剪切流变仪开展了剪切流变试验。试验结果表明:(1)滇中红层泥岩在法向正应力较低时,饱水-失水循环下的泥岩蠕变剪应力相较于饱和状态与天然状态下的分别减少了74%与79%;(2)饱水-失水循环引起了剪切蠕变曲线中出现“台阶”现象,而在同一级蠕变曲线中,饱水-失水循环次数的增多,“台阶”现象逐渐消失;(3)法向正应力较小时,饱水-失水循环对泥岩的剪切蠕变特性影响较大,随正应力增大,影响逐渐减小;(4)通过五元件粘弹性剪切蠕变模型和幂函数型经验模型构建了饱水-失水循环泥岩剪切蠕变应变-时间线方程,并得出与试验相符的应变-时间模拟线。

滇中红层张河组软岩水理性质研究

以滇中红层张河组为例,基于室内试验,从崩解、膨胀、软化3个方面研究了滇中红层软岩的水理性质。首先通过显微镜观察和X衍射分析,分析了其物质组成、黏土矿物成分及其相对含量。通过浸水崩解试验,观察崩解的发展过程并分析了其产生这种现象的的原因;通过膨胀试验,发现岩样在浸水初期膨胀力增加很快,之后逐渐降低并趋于稳定;将试样分别饱水2、3、4、5、6 d后,分别测定其单轴抗压强度,并测定相应岩样的含水率,发现平均含水率随饱水天数逐渐增加,软化系数随平均含水率的增加而降低。从黏土矿物的膨胀、溶解作用两方面分析了红层软岩水理性质的微观机理。

滇中红层贫水岩层区找水方法探讨

采用"柔脆岩互层受力破碎效应"理论,分析了红层区贫水岩层地下水的形成条件,探讨了贫水岩层地下水的富集规律,提出了一些行之有效的找水标志,并用打井实例说明了"柔脆岩互层受力破碎效应"理论以及贫水岩层找水标志的具体应用,找到了水源抗旱。

滇中红层坝基溶蚀岩体及物理力学特性研究

金沙江观音岩水电站双折混合坝中混凝土重力坝部分坝基位于中生代侏罗系中统蛇店组J2s砾岩、砂岩为主的滇中红层地层上,而岩石胶结物溶蚀现象不利于坝基岩体稳定。为此,在我国红层分布特点基础上,分析了滇中红层沉积、分布特征,系统地研究了红层坝基碎屑岩因胶结物溶蚀而出现的喀斯特现象以及岩体出现小的溶洞、溶孔、溶蚀裂隙及岩体解体、砂化、结构变坏等特征,并进行了红层坝基溶蚀岩体物理力学性质试验研究。结果表明:溶蚀岩体分布特征及其岩体质量力学参数指标达到Ⅲa和Ⅲb类岩体质量要求,坝基适当处理可满足建基面要求。研究成果为坝基建基面确定、溶蚀岩体地质缺陷处理提供了依据。

滇中红层膏盐溶蚀特征及其对水质的影响——以楚雄谢家河河谷为例

滇中红层多含有石膏、岩盐等可溶盐矿物,在可溶盐富集地段,地下水往往表现为咸水或微咸水而不适宜饮用。文章以楚雄市谢家河河谷为例,基于钻探、物探、测井、水质分析等综合勘察资料,研究红层膏盐在地下水循环中的溶蚀特征并分析膏盐溶蚀对水质的影响。结果表明:膏盐溶蚀形式主要为散点状膏盐的溶蚀孔洞和裂隙状石膏的溶蚀裂隙,溶蚀强度主要受控于含水介质孔隙发育程度和地下水循环速度;浅层地下水循环速度快,虽可溶盐溶蚀强烈,但对地下水水质影响较弱,水质超标面较小;深层地下水循环速度慢,可溶盐溶蚀后富集于深层承压含水层中,导致地下水水质超标面大;断裂及其影响带导水造成深层承压水向浅层地下水越流,导致浅层地下水水质变差。

基于强度应力比的滇中红层软岩挤压变形研究

软岩挤压变形是深埋或高应力隧洞工程建设过程中的一大难题。由于不同类型的软岩特性千差万别,隧洞在不同条件下开挖后所表现出的挤压变形程度各异。根据滇中红层软岩的流变特性及现有软岩挤压变形程度分级方法,提出了滇中红层软岩挤压变形程度分级标准。根据滇中引水工程一隧洞区地应力测试统计结果,确定了隧洞区的最大水平主应力侧压系数及最大水平主应力方向。在此基础上,计算出引水隧洞中滇中红层软岩洞段各地层各挤压变形程度的界限深度,并对引水隧洞的挤压变形程度进行预测。对引水隧洞的最大埋深洞段在不加支护工况下的挤压变形进行了数值模拟,数值模拟结果与基于强度应力比的软岩挤压变形预测结果基本吻合,验证了基于强度应力比的滇中红层软岩挤压变形预测的有效性。

滇中红层高悬台地打井找水探讨

红层高悬台地"顶平、身陡、谷深",具有独特的水文地质特征和地下水富集规律。依据以抗旱打井取得的数据、资料并结合前人已有成果,探讨红层高悬台地在不同地形地貌和地质构造条件下的地下水赋存特点,显示地貌形态与地质构造协调控水。台地中部尤其是沉积盆地边缘,是抗旱找水打井的有利地段。台地边缘地下水可采资源和储存量较少,但在局部地貌汇水有利部位和构造发育地段,可形成局部富水块段,因而应按"贫区中找富块,贫块中找富点"的思路,寻找微型、小型储水构造,找准补给、径流、排汇和含、隔水层关系,准确定位、打井找水。受地形地貌条件所限,红层高悬台地尤其是边缘地带地下水位埋藏较深,宜尽量打深井揭至侵蚀基准面以下,才更有可能多出水。

滇中红层隧洞软岩大变形规律研究

针对滇中引水工程楚雄段6标凤凰山隧洞施工过程中存在的围岩稳定性差、遇水软化以及隧洞软岩大变形问题,首先通过开展区域内典型软岩试样室内力学试验,得到区域内发生大变形的软岩物理力学特征,并通过分析试验岩样的破坏情况,掌握其变形特征;然后采用FLAC 3D数值模拟软件计算大变形段隧洞围岩的应力应变,掌握凤凰山隧洞软弱围岩大变形特点;将FLAC 3D模拟结果与现场监测数据进行对比验证,对比结果在误差允许范围内,证明了数值模拟的准确性。

基于滇西红层区公路弃渣场复垦需求的土壤改良方法试验研究

试验检测滇西红层区公路弃渣场典型红层土营养特征指标,概述其影响植物生长的主要制约因素。基于普遍的公路弃渣场复垦造耕需求,结合滇西红层区内适中农作物营养成分要求,提出弃渣场红层土壤改良方法并进行试验验证效果。