基于时间效应的富水泥质板岩隧道围岩膨胀本构模型研究

针对原有三维膨胀本构模型的局限性,以富水泥质板岩隧道围岩的膨胀问题为出发点,采用侧向约束下的膨胀特性试验,修正了泥质板岩侧向约束下的轴向膨胀率与吸水时间的关系及膨胀过程中的一维本构关系;基于金尼克条件,考虑整个膨胀过程以及最大和最小膨胀应力对膨胀本构方程的贡献,以最大体积膨胀率对应的时间为临界时间,分段描述泥质板岩基于时间效应的三维膨胀本构模型。研究结果表明:泥质板岩在膨胀过程中轴向应力和膨胀率之间呈负对数函数关系;当吸水时间小于或等于临界时间时,侧向约束下的轴向膨胀率与吸水时间之间的关系式服从指数函数,体积膨胀率服从含时间效应的三维膨胀本构模型;当吸水时间大于临界时间时,侧向约束下的轴向膨胀率不再随时间变化,等于侧向约束下的最终轴向膨胀率,且体积膨胀率不再服从本构模型,等于定值(最大体积膨胀率)。研究成果可为解决富水软岩隧道围岩的膨胀问题提供理论参考。

武广高铁弱风化泥质板岩工程特性试验研究

通过试验,分析了武广高铁泥质板岩的矿物成分,提出了泥质板岩的施工工艺、质量控制标准和检测手段。研究与结果表明:泥质板岩不具有膨胀特性,机械碾压的碎石料不如机械破碎的合理,机械破碎的碎石料具有更好的耐循环压实特性。

水泥改良泥质板岩粗粒土力学性质的应变率效应研究

利用大型静动三轴仪开展不同应变率下的水泥改良泥质板岩粗粒土三轴抗压试验,研究水泥改良土应力—应变特征关系以及应变率对土的抗压强度、弹性模量等力学参数的影响。在此基础上,分别提出这些参数与应变率之间的拟合关系式,分析水泥含量对应变率效应的影响。研究结果表明:随着应变率增加,抗压强度、峰值应力对应的应变和弹性模量均增加。拟合结果良好,提出的拟合关系式合理;水泥含量越大,抗压强度、峰值应力对应的应变和弹性模量等参数随应变率的提高越显著。

浩吉铁路泥质板岩全风化物路基填料试验研究

填料工程性质直接影响路基填筑质量,对线路长期服役性能具有重要影响。依托浩吉重载铁路工程,以岳阳至吉安段沿线分布的路基填料为研究对象,通过开展室内土工试验,分析泥质板岩全风化物及化学改良土填料的基本工程性质,探讨其用作重载铁路路基填料的可行性,并提出相应的改良措施。试验分析表明:泥质板岩全风化物为高液限粉质黏土,属于D2组填料,用于重载铁路路基填筑时应进行加固或改良;采用掺配比3.0%的水泥或6.5%的石灰进行改良后,试样无侧限抗压强度能满足规范要求,可用于基床底层和基床以下路堤部位的填筑;考虑施工安全储备和工程成本,建议选取掺配比为3.5%的水泥改良土填料用于现场填筑。施工阶段累计使用166.7万m^(3)泥质板岩全风化物的水泥改良土,解决了大方量弃土及取土问题。

板岩质砂土-混凝土界面剪切特性研究

为了研究含水率对板岩质砂土?混凝土界面的力学特征参数的影响,采用大型直剪试验系统对不同含水率条件下的板岩质砂土?混凝土界面剪切特性进行试验。试验结果表明:随着板岩质砂土含水率的增大,界面的抗剪强度、摩擦角、剪切刚度系数和残余剪切强度等均显著减小,最大减小幅度达30%;黏聚力先缓慢增大后迅速减小,减小幅度为19.1%;而剪切破坏位移显著增大,增大幅度超过65%;含水率对板岩质砂土?混凝土界面的剪切强度、剪切刚度和剪切破坏变形等力学性质有显著影响。

水岩作用下泥质板岩软化非线性机制研究

水岩作用下泥质板岩表现出明显的软化特征。通过单轴压缩试验分析了泥质板岩软化过程中单轴压缩强度、弹性模量和泊松比与吸水时间之间的关系;借助核磁共振试验研究了水岩作用下泥质板岩软化过程中孔隙的产生、扩展和贯通规律,分析了泥质板岩软化过程中孔隙度与吸水时间之间的关系;采用电镜扫描试验分析了水岩作用下泥质板岩软化过程中微观结构的演变规律,基于分形理论研究了不同浸泡时间下泥质板岩分形维数的变化规律;运用非线性动力学理论,选取微观结构孔隙形状分维值、孔隙度、单轴抗压强度、弹性模量作为描述泥质板岩与水溶液相互作用系统的变量,建立了水岩作用下泥质板岩的软化模型,结合试验数据验证了模型的适用性。结果表明:泥质板岩单轴抗压强度、弹性模量随吸水时间增大而减小,呈负线性相关,而泊松比与吸水时间之间的关系不明显;在浸泡初期,水岩作用强烈,泥质板岩内部微孔隙会发生扩展贯通进而形成更大尺寸的孔隙,孔隙度在浸泡初期增长较快;随着浸泡时间的延长,水岩作用减弱,孔隙度增长速率趋缓;随着吸水时间的推移,泥质板岩内部孔隙相互连通,进而形成复杂网状结构的大孔,泥质板岩分形维数呈对数增长,最终趋于稳定;采用非线性模型计算的结果与试验数据较接近,说明泥质板岩的软化过程具有明显的非线性动力学特征,利用非线性动力学模型可以较好地表征水岩作用下泥质板岩的软化规律。研究成果可为软岩−水相互作用理论研究提供参考。

G319国道牛儿垭桥0#桥台加固与病害机理分析与处置加固

针对G319国道牛儿垭桥建成使用初期出现的一些问题,结合地质条件、岩土力学性质、监测数据等对0#桥台病害发生机理进行了分析。分析认为:病害发生的主要原因是丰富的地下水与地表水、下伏泥质板岩特性、岩体破碎等。根据分析结果,采取了注浆与锚索联合处治措施,处治过程根据信息化施工的原则进行。论文对类似地质条件下病害的处治与预防提出了一些建议,可供参考。

小盘岭1#隧道含炭泥板岩变形塌方成因及工程对策

小盘岭1#隧道围岩以含炭泥板岩为主,围岩揉皱及摩擦镜面发育,稳定性极差。开挖前隧道围岩结构紧密,但开挖松动后,节理裂隙张开,出现了不对称大变形导致的侵限、工钢'Z'字型扭曲、掌子面突涌填塞隧道、喷射混凝土开裂脱落以及较为频繁的隧道塌方,严重影响了施工安全和工期。为了解决上述病害问题,本文通过研究围岩物理力学特性,掌握围岩的工程特征,分析其变形破坏机理,研究大型隧道塌方勘察设计施工一体化工程对策,选择适宜开挖工法,探索调整支护措施,刚柔并济,保障了隧道的施工安全和施工进度。小盘岭1号隧道后续施工的顺利进行,证明了文中分析的破坏机理及选取的工程对策较为准确,对类似隧道工程有一定的借鉴和参考意义。

支护条件下隧洞围岩稳定性及支护结构受力分析

以某大型引调水工程IV类泥质板岩300 m埋深隧洞为研究对象,对毛洞、锚固支护洞身的围岩稳定性及应力应变进行对比分析。计算分析结果表明,锚固支护措施能够改善围岩的受力状态,更有利于保障围岩的稳定性。

泥质板岩改良土无侧限抗压强度影响因素分析

文章分析了泥质板岩的化学成分和矿物成分,并提出用生石灰和水泥改良的方案,结合正交试验设计方法,对改良后混合料的无侧限抗压强度进行影响因素分析,确定了压实度、含水量、掺灰量、泡水时间等因素对无侧限抗压强度的影响权重,从而为改良方案提出更科学可信的方法。

红山铜矿泥质板岩顺岩层掘进段联合支护技术探讨

香格里拉市红山铜矿项目V3矿体下掘斜坡道工程施工过程中遇到大量泥质板岩且顺岩层节理掘进的巷道,同时顶板及边帮涌水量较大,导致在施工过程中发生围岩垮塌,进而严重影响掘进施工的安全及进度,施工中采取管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测的原则施工。从保证掌子面稳定;再从支护(钢工架、超前小导管、钢筋网、加密超前小导管、锁脚锚管、早强混凝土、中空式锚杆)、注浆等工艺上进行改进,综合几种方法强有力的改善了施工环境,保证了施工安全的同时,又提升了施工进度。

贺兰山含砂泥质板岩的矿物组成对其定名贺兰石的影响

本文系统总结了贺兰石矿区的含砂泥质板岩中的主、次矿物和少量矿物种类及其赋存特征,讨论了这些矿物对其定名“贺兰石”的影响。研究结果表明石英碎屑的粒级和含量、氧化铁质(褐铁矿)的赋存状态是影响含砂泥质板岩定名贺兰石的关键因素。本研究有助于贺兰石产业制定科学的分类规则,有益于正确评价贺兰石的品质级别,对贺兰石加工企业具有一定的参考意义。

富水泥质板岩隧道围岩蠕变力学特性研究

目前,对于考虑含水劣化的软岩蠕变力学特性研究存在一定的局限性。针对此问题,以沪昆客运专线长昆湖南段姚家隧道施工期泥质板岩的蠕变问题为出发点,通过三轴压缩蠕变试验分析应力状态及吸水率对泥质板岩蠕变特性的影响规律,在已有Burgers蠕变本构模型的基础上,引入水劣化因子,建立泥质板岩考虑吸水率的黏弹塑性蠕变本构方程,将蠕变参数转化为prony级数,在ANSYS软件中验证蠕变本构方程的合理性。研究结果表明:随着吸水率的增大,泥质板岩的蠕变变形和蠕变率增大,进入等速及加速蠕变阶段的进程加快;应力差的增大预示着泥质板岩进入等速及加速蠕变阶段的进程加快,时间缩短;随着吸水率的增大,泥质板岩蠕变参数(变形模量、黏滞系数、体积模量)呈指数函数减小。将顾及了水劣化因子的蠕变本构模型输入至ANSYS软件中,计算结果与三轴压缩蠕变试验结果吻合度较高,表明考虑吸水率的黏弹塑性蠕变本构模型具有较强的实效性,可以用于描述富水泥质板岩隧道围岩的蠕变规律。

预制双裂纹板岩各向异性细观尺度实验研究

板岩是一种非均质、连续–非连续介质,包含有微裂隙、微孔洞和微构造等,在力学、渗流、热传导等诸多方面均表现出明显的各向异性。选取锦屏水电站辅助洞泥质板岩试样,采用超薄金刚石锯片在标准岩样上预制一对三维裂纹,并应用岩土CT实验技术,开展水平和垂直层理方向加载条件下裂纹演化的细观尺度观测,分别得到了天然和预制双裂纹板岩破坏过程的细观表现特征,对比分析了水平和垂直层理方向加载条件下板岩裂纹起裂、扩展和破坏模式的不同,并对基于密度统计的岩石细观损伤变量定义方法的局限性进行了分析和讨论,为研究板岩的力学各向异性提供了新思路。

富水环境下泥质板岩膨胀演变各向异性特征研究

针对富水环境下含结构面的泥质板岩在膨胀过程中所表现的各向异性特征,制备含不同角度结构面的泥质板岩重塑样,开展膨胀特性试验、核磁共振试验和扫描电子显微镜试验,分析泥质板岩膨胀各向异性宏观演变规律和微观结构变化特征;基于试验结果,建立含结构面倾角的泥质板岩三维膨胀本构模型和膨胀应力细观表达式。结果表明:在富水环境中,在结构面倾角的影响下,重塑样膨胀率–膨胀荷载呈非线性关系,与天然泥质板岩曲线趋势表现一致;在相同轴向荷载下,轴向极限膨胀率与结构面倾角呈负相关;含不同倾角结构面泥质板岩的侧向约束轴向极限膨胀率、恒体积下轴向极限膨胀应力表现出明显的各向异性,二者均与结构面倾角呈负相关;膨胀稳定后以小孔隙和中孔隙为主,大孔隙较少;泥质板岩微观基本单元以片状颗粒为主,部分为块状颗粒,且颗粒空间排列定向性较明显,颗粒之间主要为片状体的面面接触,叠聚呈塔状;随结构面倾角的增大,孔隙数量、孔隙面积和面孔率逐渐减小,孔隙边缘趋向于复杂化;含结构面的泥质板岩三维膨胀本构模型和膨胀应力细观表达式从宏–细–微观尺度定量表征了富水环境下泥质板岩膨胀演变的各向异性特征。研究成果可为软岩膨胀机制研究和软岩膨胀问题处治提供参考。

泥质板岩的岩性特征与基坑支护优化

泥质板岩是典型的一类软岩,在长沙地区较为常见,其岩性特征及地层特点是造成某些工程变形、产生安全隐患的主要原因。以长沙市岳麓区某泥质板岩基坑工程为例,阐述了泥质板岩基坑的地层岩性特征,对原桩锚支护方案进行了优化设计,并对基坑最危险剖面进行了变形判定分析。基坑边坡的监测数据表明:基坑支护方案优化后,整体形变量满足设计要求。

围岩快速分级和松动圈测试应用研究

吉图珲客运专线小盘岭1#~3#隧道施工,遇到碳化泥质板岩地层,由于其岩质软、节理发育、岩体破碎,围岩稳定性极差,多次发生塌方、换拱等问题。为保证隧道安全快速施工,现场采用非金属声波测试技术对围岩进行施工期快速分级和松动圈厚度确定,为隧道动态设计和信息化施工提供有力保障。(1)声波测试结果分析表明,该隧道碳化泥质板岩松动圈厚度范围在4.90~6.16 m之间;左拱腰、拱顶和右拱腰位置松动圈厚度均值分别为5.91 m、5.35 m和5.19 m。(2)围岩饱和单轴抗压强度为20.6 MPa,属于软质岩;松动圈内围岩波速平均值为1.29 km/s;松动圈外围岩波速平均值为2.06 km/s。综合判定小盘岭隧道弱~强风化碳化泥质板岩围岩等级为Ⅴ级,与现场调查结果基本一致。基于测试结果对隧道支护锚杆和注浆长度进行优化,工程实践表明优化后的锚杆支护和注浆加固效果明显。