基于突变理论的泥岩隧道稳定性及极限位移确定

为了分析第三系富水砂泥岩隧道的稳定性和极限位移的确定,应用突变理论尖点突变模型推导了隧道拱顶下沉的突变判别方程。采用数值模拟对隧道进行开挖,通过改变围岩应力释放系数,找出围岩相应节点塑性应变、速度和加速度的突变点,进而来判断隧道极限位移值。得出第一部开挖,围岩应力释放率为75%时,塑性应变加速度出现突变点,拱顶下沉为17.06 cm;第二部开挖时,围岩应力释放率为75%时,塑性应变加速度出现突变点,拱顶下沉为19.77 cm;第三部开挖时,围岩应力释放率为65%时,塑性应变加速度出现突变点,拱顶下沉为24.77 cm;第四部开挖时,围岩应力释放率为60%时,塑性应变加速度出现突变点,拱顶下沉为25.52 cm;第五部开挖时,围岩应力释放率为50%时,塑性应变加速度出现突变点,拱顶下沉为25.87 cm;第六部开挖时,围岩应力释放率为45%时,塑性应变加速度出现突变点,拱顶下沉为25.93 cm。

砂卵石泥岩地层中盾构机加水系统的优化改造

为了提升盾构在复合地层掘进效率,以成都轨道交通10号线二期儒林路站~五津站盾构区间项目为依托,对海瑞克S892盾构机在砂卵石和泥岩复合地层掘进过程中的加水系统进行优化改造。从盾构加水系统的改造、加水量的控制等方面,对复合砂卵石地层渣土系统进行优化改造,实现自动化系统控制,有效节约人工和时间成本,可为今后类似工程施工提供经验借鉴。

卸荷蠕变条件下软硬相接岩层非协调变形规律研究

软硬相接岩层在长时间跨度内的蠕变变形可能极为不协调,这对开挖工程安全稳定造成严重威胁。对某水电站引水隧洞同一开挖断面内砂质泥岩和泥质砂岩两种软硬相差较大的岩石进行卸荷条件下的蠕变试验和数值模拟,结果表明:在卸围压条件下,试样侧向蠕变变形较轴向发展更为迅速,呈现出显著的侧向扩容;初始围压水平较高时,试样卸荷蠕变破坏的侧向扩容效应更加显著;泥质砂岩在稳态蠕变阶段变形速率比砂质泥岩更慢,蠕变破坏时的应变值均比砂质泥岩蠕变破坏时的应变值要小,征兆性更弱。基于Burgers模型,引入损伤变量,建立带损伤的蠕变本构模型,模型曲线较好地描述了岩石破坏偏应力水平之前的线性蠕变特征和破坏偏应力水平下的非线性加速蠕变特征;软硬相接岩层蠕变数值模拟表明,蠕变变形初期,软硬相接点变形差别幅度不大,随着时间增长,在交接面处发生层间错动,对围岩整体稳定十分不利,工程实践中应予以足够关注。

砂质泥岩地层装配式竖井围岩压力及结构设计参数研究

传统钻爆法在进行城市地铁竖井施工时对环境影响较大,采用机械开挖施工可有效减小对周边环境的扰动,为此需要对与机械开挖相配套的装配式竖井围岩压力及结构设计参数进行研究。以重庆地铁15号线重光站竖井工程为依托,对砂质泥岩地层竖井井壁围岩压力计算方法及装配式竖井衬砌管片结构设计参数开展研究,得出的主要结论如下:(1)推导出适用于砂质泥岩地层竖井井壁围岩压力计算公式,该公式计算结果与数值模拟结果规律相近;(2)得出不同应力释放条件下围岩压力数值模拟结果与解析公式的比值,给出了围岩压力折减系数的计算公式;(3)基于三维“壳-弹簧”数值模型模拟结果,提出砂质泥岩地层装配式竖井结构设计参数,建议管片衬砌等分为8块,衬砌厚度取0.6 m,管片幅宽取2 m,采用错缝方式进管片拼接。

某红层砂泥岩深埋特长隧道涌水量综合预测分析

红层砂泥岩区深埋特长隧道数量日益增多,由于隧道长度较大,往往跨越多个不同的水文单元,涌水量关系着施工开挖与后期营运安全,因此,红层砂泥岩深埋特长隧道的最大涌水量分析是隧道勘察中的关键问题。本文以云南某拟建特长隧道为研究对象,对其进行水文地质专题研究,通过抽水试验得到其岩层渗透系数,进行水文地质单元分区后采用不同计算方法综合预测分析其涌水量,为类似红层砂泥岩深埋特长隧道的涌水量综合预测分析提供参考。

砂质泥岩三轴卸荷流变力学特性试验研究

流变对工程岩体的长期变形稳定具有十分重要的影响,但目前关于卸荷流变的试验研究中通常只考虑恒轴压卸围压的应力路径,与隧洞开挖过程中围岩的应力调整过程存在一定的差距。以砂质泥岩为试验研究对象,设计进行了加轴压卸围压和恒轴压卸围压条件下的分级卸荷流变试验。试验结果表明:恒轴压卸围压和加轴压卸围压方案下岩样的流变变形趋势总体一致,但相同初始围压条件下,加轴压卸围压试样破坏的围压相对较高,偏应力相对较大,但长期强度与破坏应力的比值相对较小;在围压卸载至岩样临近破坏时,加轴压卸围压方案下岩样的流变应变增长速率明显较快,试样破坏的更加突然;恒轴压卸围压条件下岩样的破坏形态相对简单,一般只存在一条完整的剪切破坏面,而加轴压卸围压条件下岩样的破坏形态要复杂得多,除了控制性的剪切破坏面之外,还伴随有一定数量的次生剪裂纹和张拉裂纹,而且初始围压越大,试样的次生裂纹越多。因此,在隧洞围岩长期变形稳定分析过程中,单纯的恒轴压卸围压流变试验不能满足工程实际需求,应该尽量丰富岩石力学试验的应力路径,以便较好地模拟工程岩体应力的实际变化过程,研究成果为隧洞围岩的长期变形稳定性研究提供了较好的研究思路。

低温冻结作用下砂质泥岩基本力学特性试验研究

以砂质泥岩为研究对象,对饱水状态岩石试件进行不同温度（-30~20℃）、不同围压（6,8,10 MPa）条件下的单轴压缩试验及三轴压缩试验,分析了低温对砂质泥岩基本力学参数的影响规律,探讨了抗压强度和残余强度随围压的变化。研究结果表明：低温（0℃以下）对砂质泥岩强度特性和变形特性均有较大的影响,其抗压强度、黏聚力、内摩擦角、残余强度和弹性模量随温度的降低均有所提高,残余强度呈衰减增长趋势,而最大轴向应变值随着温度的降低而不断减小。围压对砂质泥岩强度特性的影响非常明显,抗压强度、残余强度均随围压的增加呈线性增加。通过对大量的试验数据进行分析,得到一系列有意义的拟合曲线及关系表达式。

风火山隧道冻融循环条件下岩石损伤扩展室内模拟研究

借助与程控装置配套的 CT 技术,研究了青藏高原风火山隧道拱顶和侧拱处的砂质泥岩在冻融循环条件下的损伤扩展特性,并讨论了该条件下引发损伤的主要因素。此结果可为寒区隧道及类似工程的安全运营提供参考,也可为相关的数值模拟计算提供基础。

平庄煤矿砂质泥岩吸水特性试验研究

利用中国矿业大学(北京)自主研发的深部软岩水理测试仪,对平庄煤矿砂质泥岩岩样进行了有水压和无水压2种条件下的吸水试验,得出了不同水压条件下岩样吸水量和吸水速率随时间的变化特性:岩样吸水过程可划分为减速和等速吸水阶段,并分别可用不同的吸水函数曲线拟合。借助扫描电镜试验(SEM)和X射线衍射分析,比较了岩样在吸水前后的微观结构变化。岩样的微观结构观察结果表明,所选用岩石样品中的伊蒙混层结构在吸水前后发生明显变化,这种变化可能是影响岩样吸水规律的重要因素之一。

循环荷载作用下富水砂质泥岩动变形特性试验研究

通过富水砂质泥岩循环三轴试验,对循环荷载作用下砂质泥岩的动应变发展规律进行了研究,重点分析了动应力水平、静偏应力大小以及振动频率对动应变的影响。结果表明:富水砂质泥岩在循环荷载作用下的不可逆应变累积过程表现为稳定型和破坏型两种典型情况。对于稳定型发展曲线,变形发展表现为初始阶段和稳定阶段,初始阶段的累积变形约占总变形量的40%～50%,但所占比重随着应力水平的提高逐渐减小;对于破坏型发展曲线,变形发展表现为初始阶段、稳定阶段和加速阶段的三阶段变形演化规律。岩样的累积塑性变形随动应力和静偏应力的提高而增大,随振动频率的增大而减小,而且动应力和静偏应力越大,变化趋势越明显。富水砂质泥岩的临界动应力值与其岩性、应力水平、振动频率等密切相关。

卡拉沙依组砂泥岩段层序地层及沉积体系

以塔里木盆地石炭系卡拉沙依组砂泥岩段为研究对象,通过野外剖面勘测、钻井岩心观察、测井曲线解释分析,认为砂泥岩段是一个具有完整海侵至海退旋回的标准Ⅰ型层序,相当于三级海平面旋回沉积地层.砂泥岩段由低位体系域(LST)、海侵体系域(TST)与高位体系域(HST)组成.低位体系域发育冲积扇沉积体系,海侵体系域主要为扇三角洲、潮坪、泻湖、蒸发坪及局限台地组成的沉积体系,高位体系域由扇三角洲、潮坪、蒸发坪及局限台地组成的沉积体系.一个完整的海平面相对升降旋回导致盆地不同时期、不同地区沉积特征不同,各体系域沉积特征揭示了砂泥岩段沉积演化过程.

砂质泥岩单轴抗压强度试验研究

以宁夏宁东地区砂质泥岩为研究对象,进行不同含水量和干密度条件下的单轴抗压强度试验,分析了含水量和干密度对砂质泥岩单轴抗压强度的影响,建立了以含水量和干密度为变量的砂质泥岩抗压强度数学表达式。结果表明:随着含水量增加砂质泥岩单轴抗压强度呈不断减小趋势,两者关系曲线服从指数变化规律。当含水量为20%时,砂质泥岩处于崩解极限状态,软化系数为0.24;随着干密度增大,砂质泥岩单轴抗压强度呈不断增大趋势,两者关系曲线近似于幂函数变化规律;建立的数学表达式能够较好地反映含水量和干密度变化对砂质泥岩单轴抗压强度的影响,其结果为类似地区工程设计和施工参数的选取提供了科学依据。

上海庙矿区砂质泥岩水岩作用特性

内蒙古上海庙矿区煤系地层极为松软,为解决矿井支护问题,对鹰骏一矿代表性岩样进行X衍射试验。从微观角度探究矿物成分,分析其地质性质,经观察在黏土矿物中以蒙脱石,高岭石为主,这些主要成分具有易亲水性,是影响岩石水理性质的重要因素。为了研究矿物水岩作用特性,进行了软化、崩解试验,分析岩石遇水后强度变化特点,了解质量与崩解次数的曲线特征关系。研究结果对于矿井建设及软岩巷道支护设计具有参考价值。

砂质泥岩卸荷流变本构模型研究

基于隧洞开挖过程中围岩应力的实际调整路径设计加轴压卸围压条件下的分级卸荷流变实验,对某水电站引水隧洞洞轴线主要穿越的砂质泥岩的卸荷流变力学特性进行研究。试验结果表明:1应力水平低于岩石破坏应力时,砂质泥岩的流变只表现出衰减流变阶段和稳态流变阶段,且随着围压的逐级卸除,应力水平逐渐超过岩石的长期强度,试样的稳态流变速率由最初接近于0的常数逐渐增大至一个大于0的常数;2应力水平高于岩石破坏应力时,砂质泥岩经过衰减流变阶段和稳态流变阶段之后进入非线性加速流变阶段直至发生破坏,通过对比发现,不同卸荷初始围压下试样发生流变破坏的总历时不同,且各试样发生非线性加速流变的启动时间也显著不同。对砂质泥岩卸荷流变试验结果分析表明,西元模型能够较好地描述应力水平低于破坏应力时砂质泥岩的流变特性,但却无法反映应力水平高于其破坏应力时的非线性加速流变特征,基于此,引入岩石非线性加速流变启动元件,通过将其与西元模型相结合建立了一个新的非线性黏弹塑性流变模型,对提出的模型进行参数辨识,并将流变模型拟合结果与试验结果进行对比,结果表明,新建立的卸荷流变本构模型能够较全面地描述砂质泥岩卸荷流变破坏的全过程,证明所建模型是正确合理的。

二郎山公路隧道岩爆岩石X射线粉晶衍射成分分析

通过Ｘ射线粉晶衍射成分分析，结合岩石点荷载强度试验研究，查明国内外首次发现的此隧道部分砂质泥岩发生岩爆活动的内在原因。

温度变化对煤系砂质泥岩三轴压缩力学特性的影响

为分析温度对煤系砂质泥岩力学参数的影响,利用RMT-150B岩石力学试验系统和GD-65/150高低温环境箱,对煤系砂质泥岩在25~55℃下三轴压缩试验的力学特性进行了研究。结果表明,在试验温度范围内不同温度下煤系砂质泥岩的力学特性有一定程度的差异。随温度升高,峰值应力整体上呈降低趋势;峰值应变在20~40℃逐渐增大,在40~55℃减小;弹性模量随温度升高,在20~35℃逐渐减小,在35~55℃逐渐增大;变形模量随温度升高,在20~45℃逐渐减小,在45~55℃逐渐增大。

重塑与原状风化土阻尼比试验对比研究

对一砂质泥岩风化土在300,400,500 k Pa及600 k Pa固结围压下,分别进行了原状土样与重塑土样的动三轴试验,得到了该砂质泥岩风化土的阻尼比曲线。试验结果表明,原状土与重塑土在各固结围压试验下,阻尼比随归一化剪应变γ取值的增大而增大,且在γ取值相同时,原状土阻尼比值大于相应重塑土;原状土与重塑土试样的λd~γ关系曲线均随固结围压的升高而逐渐降低,且降低幅度随着γ值的增大而减小,并在γ值接近于1时各关系曲线基本交叉重合;在同等试验条件下,通过经验公式与绘图两种方式求得的最大阻尼比值相差很小,但随着固结围压的增大,两种方式求得的最大阻尼比值相差变大。

三峡地区巴东组粉砂质泥岩应力松弛特性研究

采用RLJW-2000型岩石三轴流变伺服仪,在分级加载条件下对三峡地区中三叠统巴东组二段粉砂质泥岩进行了三轴压缩应力松弛试验。结果表明:不同应变水平下的应力松驰曲线具有相似的形态,应力衰减轨迹为连续光滑的曲线,在瞬间施加一定应变后,保持应变恒定,刚开始应力衰减的速度非常快,之后应力缓慢降低,最终趋于一个稳定值,为非完全衰减型松弛。基于试验结果,建立了粉砂质泥岩应力松弛的经验本构模型。

宁夏隆德县泥石流形成条件

2013年,隆德县遭遇了50年一遇的强降雨,导致境内发生了17处泥石流。在野外详细调查的基础上,结合区域现有资料,从沟坡比降、物源和水源三个主要方面分析了隆德县泥石流的形成条件。结果表明：隆德县泥石流均分布于丘陵地貌区,坡度范围在20°~50°之间,相对高差在50~100m之间,为泥石流的发生提供了有利的地形地貌条件;流域内新近系（Ngn）桔红色砂质泥岩残坡积物,具有弱膨胀性,吸水后会发生一定程度的崩解软化,导致土体结构联结减弱、强度降低,构成了泥石流的物源;降雨是隆德县泥石流最主要的触发因素。通过实地调查与降雨数据分析,可知隆德县泥石流的形成主要受前期降雨的影响,属于前期降雨控制型泥石流。因此,可通过监测前期降雨,特别是间接前期降雨,对泥石流进行预警预报。

类砂质泥岩常规三轴浆压致裂起裂压力试验研究

为深入探究两淮矿区典型砂质泥岩劈裂注浆起裂机制,研制了常规三轴劈裂注浆试验装置,开展了类砂质泥岩浆压致裂起裂压力模型试验,基于试验结果分析了岩石强度与应力状态对注浆起裂压力、裂缝扩展形态影响规律,揭示了砂质泥岩劈裂注浆起裂机制。研究表明:起裂压力与岩石抗压强度呈正相关,且岩石抗压强度越高,劈裂路径越复杂;起裂压力对围压的敏感程度远高于轴压,且应力差Δσ=σ_(V)-σ_(H)越大,裂缝形态越规整;孔压三轴条件下,封闭裸孔段浆压致裂法确定的岩石抗拉强度值约为单轴抗拉强度的2.5倍。该研究结果可为今后类似岩层劈裂注浆参数设计与施工提供参考。