層理弱面砂質(zhì)板巖力學特性的試驗

粉砂質(zhì)泥巖流變力學參數(shù)的試驗研究——通過對粉砂質(zhì)泥巖進行圍壓3～7mpa下的常規(guī)三軸壓縮試驗和三軸壓縮流變試驗，獲得應力一應變曲線和蠕變曲線，對其瞬時力學性質(zhì)和流變力學性質(zhì)進行了比較，分析了長期荷載對粉砂質(zhì)泥巖力學參數(shù)的影響，并利用改進的西原模型...

紅砂巖膨脹力學特性試驗研究——針對南京紅山窯水利樞紐工程提供的紅砂巖巖芯，采用mts815．02型巖石剛性伺服試驗系統(tǒng)和巖石膨脹測量儀，對膨脹紅砂巖進行了力學特性試驗研究。并進一步探討了膨脹紅砂巖膨脹力與吸水率的相關性，繼而研究膨脹紅砂巖膨脹力與...

板巖水理特性試驗研究 摘要：在水的作用下，板巖極易發(fā)生崩解和軟化，進而出現(xiàn)強度降低。本文 針以懷通高速公路正團沖隧道風化板巖為研究對象，通過電鏡實驗、崩解特性試 驗、軟化試驗，系統(tǒng)研究了板巖受水影響的水理特性。本研究為隧道的開挖和支 護提供了技術支持。 關鍵詞：板巖；水理特性；試驗；開挖和支護；技術支持 巖石遇水作用后，會引起某些物理、化學和力學等性質(zhì)的改變，水對巖石的 這種作用特性稱為巖石的水理性。水對板巖及結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生物理化學作用，將產(chǎn)生 膨脹、崩解等現(xiàn)象，減弱了板巖的力學性質(zhì)。板巖在飽水條件下，力學性質(zhì)將發(fā) 生大幅度的降低，尤其是對于含有粘土礦物特別是膨脹性礦物、易溶性礦物或有(zhòng)n機質(zhì)的板巖，其影響更甚。本文針以懷通高速公路正團沖隧道風化板巖為研究對 象，通過電鏡實驗、崩解特性試驗、軟化試驗，系統(tǒng)研究了板巖受水影響的水理 特性。本研究為隧道的開挖和支護提供了技術支持。

為深入探究木寨嶺隧道工程中炭質(zhì)板巖的流變力學特性,在不同條件下,對現(xiàn)場取得的巖樣進行單軸和三軸壓縮蠕變試驗,并對炭質(zhì)板巖的蠕變特性進行分析,描述了炭質(zhì)板巖的流變特性,得出了瞬時應變占總應變的比例為80%～90%,以及高圍壓下的流變多為等速流變等結(jié)論;采用burgers流變本構(gòu)模型,對試驗數(shù)據(jù)進行參數(shù)擬合分析,得出了3組不同圍壓下炭質(zhì)板巖流變本構(gòu)方程的彈性模量、黏性模量、黏滯系數(shù)等主要參數(shù)。

通過試驗,分析了武廣高鐵泥質(zhì)板巖的礦物成分,提出了泥質(zhì)板巖的施工工藝、質(zhì)量控制標準和檢測手段。研究與結(jié)果表明:泥質(zhì)板巖不具有膨脹特性,機械碾壓的碎石料不如機械破碎的合理,機械破碎的碎石料具有更好的耐循環(huán)壓實特性。

一維動靜組合加載下砂巖動力學特性的試驗研究——基于對深部巖石承受高地應力并在動力開挖擾動下發(fā)生破壞這一問題的科學認識，利用改造的劈裂霍普金森壓桿動靜組合加載試驗裝置，開展一維動靜組合加載下砂巖的動力學特性試驗研究。選取無軸壓和3個典型軸壓水平...

以廣甘公路茂縣段碳質(zhì)板巖為研究對象,通過單軸實驗和三軸實驗,在不同圍壓和不同狀態(tài)條件下,結(jié)合巖石本構(gòu)關系和破壞特點,研究碳質(zhì)板巖的力學性質(zhì),測量碳質(zhì)板巖的強度參數(shù),為工程實踐提供參考。

對取自不同地區(qū)的兩種弱膠結(jié)結(jié)構(gòu)性軟黏土原狀(undisturbed)樣、重塑(remolded)樣和泥漿(reconstituted)樣進行了單向壓縮和三軸剪切試驗,分別得到土樣的壓縮曲線和應力–應變曲線。試驗結(jié)果表明:原狀樣的壓縮曲線為陡降型曲線,而不同制樣土樣的壓縮曲線存在明顯的差異;由于孔隙比和孔徑分布對土體抗剪強度的綜合影響,不僅導致相同圍壓下三軸剪切時孔隙比不同的重塑樣和原狀樣強度差異較大,且孔隙比相近的不同土樣的強度也存在不同程度的差異;若同一孔隙比下,兩種軟黏土的不同制樣土樣的強度關系均為原狀樣的強度最高,重塑樣的強度最低,并可通過相近孔隙比下孔徑大于0.2μm的孔隙體積量和孔徑分布均勻性可合理地解釋3種制樣土樣強度高低的關系。由于不同制樣土樣的孔徑分布的差異不會隨固結(jié)壓力的增大而消失,用參考孔隙比e_(10)~*,簡單表示土的孔隙比和孔徑分布(即組構(gòu))參數(shù),對壓縮和剪切試驗結(jié)果進行歸一化整理后,發(fā)現(xiàn)不同土樣的試驗結(jié)果可歸一化為相關度高的e/e_(10)~*-σv曲線和e_f/e_(10)~*-qf曲線,證明結(jié)構(gòu)屈服應力后,不同土樣變形和強度差異主要是由孔隙比及孔徑分布(即組構(gòu))的不同引起的,用參考孔隙比e_(10)~*簡單表示土的組構(gòu)參數(shù)是有效的。

為研究巖石的動態(tài)強度和破壞特性,采用霍普金森壓桿(shpb)實驗裝置,對長徑比為1的砂巖進行不同應變率下沖擊壓縮試驗,試驗結(jié)果表明:隨著應變率的增大,砂巖動態(tài)強度和峰值應變均增大,且呈現(xiàn)冪函數(shù)型增長,表現(xiàn)明顯的應變率效應。砂巖破裂面沿著軸向方向,應變率較低時,砂巖破壞的尺寸較大；應變率較大時,砂巖碎塊尺寸變小、數(shù)量增加。

針對未改良和水泥改良的泥質(zhì)板巖砂土,利用振動三軸儀開展不同加載頻率和圍壓作用下的循環(huán)振動加載試驗,研究土的動彈性模量、阻尼比、動力強度和動力累積變形等參數(shù)的變化規(guī)律,對比改良土和未改良土的試驗結(jié)果,分析和評價改良效果。研究結(jié)果表明：改良土的動應力與動應變關系骨干曲線為雙曲線;改良土阻尼比隨動應變幅值增大而增大,近似為雙曲線函數(shù)關系;改良土初始動彈性模量隨圍壓增大而增大,最大阻尼比隨圍壓增大而減小;改良土初始動彈性模量隨加載頻率增大而增大,但加載頻率對最大阻尼比的影響不大;改良土動應力強度和破壞振次的對數(shù)呈線性遞減關系;水泥改良后,泥質(zhì)板巖土的動力強度和初始動彈性模量顯著提高,而最大阻尼比變化不大。改良土動力變形穩(wěn)定性比未改良土的強。

針對未改良和水泥改良的泥質(zhì)板巖砂土,利用振動三軸儀開展不同加載頻率和圍壓作用下的循環(huán)振動加載試驗,研究土的動彈性模量、阻尼比、動力強度和動力累積變形等參數(shù)的變化規(guī)律,對比改良土和未改良土的試驗結(jié)果,分析和評價改良效果。研究結(jié)果表明:改良土的動應力與動應變關系骨干曲線為雙曲線;改良土阻尼比隨動應變幅值增大而增大,近似為雙曲線函數(shù)關系;改良土初始動彈性模量隨圍壓增大而增大,最大阻尼比隨圍壓增大而減小;改良土初始動彈性模量隨加載頻率增大而增大,但加載頻率對最大阻尼比的影響不大;改良土動應力強度和破壞振次的對數(shù)呈線性遞減關系;水泥改良后,泥質(zhì)板巖土的動力強度和初始動彈性模量顯著提高,而最大阻尼比變化不大。改良土動力變形穩(wěn)定性比未改良土的強。

利用gds標準應力路徑三軸儀對飽和重塑碳纖維加筋粉質(zhì)黏土進行了一系列的固結(jié)不排水三軸試驗,考慮不同加筋方式和不同配合比的因素,對加筋土的靜力特性研究分析。實驗結(jié)果表明:加筋土體的偏應力隨圍壓的增大而增大,混合加筋和分層加筋都存在最佳含筋量,分別為0.45%和0.15%。無論是混合加加筋還是分層加筋,加筋土的粘聚力都顯著提升,但內(nèi)摩擦角變化不顯著。對加筋土的應力應變關系進行雙曲線擬合,分析表明同一加筋情況下,擬合參數(shù)b隨圍壓的增大而減?。幌嗤瑖鷫合?加筋效果越好,b值也越小。

以大崗山花崗巖為例,分別進行靜力三軸和動力三軸試驗,分析花崗巖的抗壓強度、彈性模量、泊松比以及相應的極限應變等重要參數(shù)與應變速率的關系。試驗結(jié)果表明:不同圍壓下,隨應變速率的增加,花崗巖的側(cè)向破壞應變隨應變速率的增加幾乎保持不變,并且絕大部分統(tǒng)計結(jié)果值在0.002～0.004范圍內(nèi);軸向破壞應變的增加幅度不明顯;抗壓強度增加,試驗現(xiàn)象明顯;彈性模量的提高幅度隨圍壓的增加有減小的趨勢;不同圍壓下花崗巖的泊松比與應變速率沒有明確的關系。基于大崗山花崗巖靜力三軸測試全過程應力–應變曲線和損傷力學分析,發(fā)現(xiàn)脆性巖石在不同圍壓下均以側(cè)向損傷為主,通過回歸擬合分析,建立大崗山花崗巖靜力三軸壓縮條件下的損傷演化方程。進一步根據(jù)損傷理論建立巖石動力損傷與靜力損傷之間的關系,考慮動態(tài)強度與初始彈性模量的率相關性建立經(jīng)驗型的巖石動力損傷本構(gòu)模型,可以作為研究地震荷載作用下巖體結(jié)構(gòu)中應力波傳播和衰減規(guī)律的基礎。

通過施工過程中的管理措施,從地質(zhì)特征、施工技術措施、超前地質(zhì)預報、監(jiān)控測量、施工安全管理等方面系統(tǒng)分析特長隧道砂質(zhì)板巖水平巖層的隧道快速施工技術。

為了研究層理對砂巖物理力學特征的影響,以布爾臺煤礦5-2煤基本頂粉砂巖為研究對象,對其進行了直接拉伸、直接剪切和單軸壓縮試驗,分析了層理對其縱波波速、抗拉強度、抗剪強度、抗壓強度、彈性模量及峰值應變的影響。試驗結(jié)果表明：層理對抗壓強度、殘余剪切強度基本沒有影響,但是對抗拉強度、峰值應變（拉伸）、抗剪強度、彈性模量、峰值應變（單軸）和縱波波速等有顯著的影響;抗拉強度、峰值應變（拉伸）、抗剪強度、彈性模量、峰值應變（單軸）及縱波波速分別降低了31.6%、33.2%、33.9%、33.3%、42.7%、8.4%。

為了研究層理對砂巖物理力學特征的影響,以布爾臺煤礦5-2煤基本頂粉砂巖為研究對象,對其進行了直接拉伸、直接剪切和單軸壓縮試驗,分析了層理對其縱波波速、抗拉強度、抗剪強度、抗壓強度、彈性模量及峰值應變的影響。試驗結(jié)果表明:層理對抗壓強度、殘余剪切強度基本沒有影響,但是對抗拉強度、峰值應變(拉伸)、抗剪強度、彈性模量、峰值應變(單軸)和縱波波速等有顯著的影響;抗拉強度、峰值應變(拉伸)、抗剪強度、彈性模量、峰值應變(單軸)及縱波波速分別降低了31.6%、33.2%、33.9%、33.3%、42.7%、8.4%。

為了研究層理對砂巖物理力學特征的影響,以布爾臺煤礦5-2煤基本頂粉砂巖為研究對象,對其進行了直接拉伸、直接剪切和單軸壓縮試驗,分析了層理對其縱波波速、抗拉強度、抗剪強度、抗壓強度、彈性模量及峰值應變的影響.試驗結(jié)果表明:層理對抗壓強度、殘余剪切強度基本沒有影響,但是對抗拉強度、峰值應變(拉伸)、抗剪強度、彈性模量、峰值應變(單軸)和縱波波速等有顯著的影響;抗拉強度、峰值應變(拉伸)、抗剪強度、彈性模量、峰值應變(單軸)及縱波波速分別降低了31.6％、33.2％、33.9％、33.3％、42.7％、8.4％.

通過利用大型單軸固結(jié)儀對砂質(zhì)板巖粗粒土填料進行低應力狀態(tài)(σ=50,100,200,400和800kpa)的單軸壓縮蠕變試驗,研究砂質(zhì)板巖粗粒土路堤填料的蠕變性質(zhì)。基于粗粒土蠕變理論,分析填料的蠕變曲線特征,確定蠕變的初始計算時間,選取常見的蠕變本構(gòu)模型,利用改進的高斯-牛頓法確定壓實度為95%的砂質(zhì)板巖粗粒土的蠕變模型參數(shù)。研究結(jié)果表明:砂質(zhì)板巖粗粒土在低應力狀態(tài)下表現(xiàn)出具有彈性變形、穩(wěn)定蠕變和無黏性流動的衰減蠕變特性;h-k-k模型更準確地反映砂質(zhì)板巖粗粒土填料的蠕變特性。

砂質(zhì)板巖在懷通高速公路分布極為廣泛。砂質(zhì)板巖在水的作用下,極易發(fā)生崩解和軟化,進而出現(xiàn)強度降低。針以懷通高速公路24標邊坡全、強、中和弱風化砂質(zhì)板巖為研究對象,進行了崩解特性、軟化、無側(cè)限壓縮、剪切滲透性的系列試驗,揭示了砂質(zhì)板巖受的水理特性。研究表明:①砂質(zhì)板巖具備強烈崩解特性。砂質(zhì)板巖揭露遇水后,快速發(fā)生氧化反應,進而發(fā)生崩解。風化程度越高,崩解越強烈;②砂質(zhì)板巖水理性能由弱到強排序為:全風化砂質(zhì)板巖<強風化砂質(zhì)板巖<中風化砂質(zhì)板巖<弱風化砂質(zhì)板巖;③砂質(zhì)板巖越干燥,崩解效應越明顯,大旱后突降雨,會導致板巖的強烈崩解,很容易誘發(fā)潛在滑坡。

通過單軸壓縮蠕變試驗研究含水率以及顆粒組成對粗粒土蠕變的影響規(guī)律,分析砂質(zhì)板巖粗粒土在不同影響因素(含水狀態(tài)、顆粒組成)下的蠕變特性,并基于與試驗結(jié)果相符的h-k蠕變模型,探討含水率、細顆粒含量、應力與蠕變參數(shù)之間的關系。研究結(jié)果表明:含水率、細顆粒含量均為影響粗粒土蠕變特性的重要因素,提出通過使用干燥或飽和含水態(tài)的粗粒土填料以及使用細顆粒含量為30%的粗粒土填料的途徑來控制路堤的長期沉降。

隧道作為我國高速鐵路縮短里程、減少耕地占用、節(jié)省投資的重要結(jié)構(gòu)形式,由于各地地質(zhì)構(gòu)造的差異,各隧道之間也存在一定的差異性.基于此,文章從貴廣同馬山隧道的施工難點出發(fā),分析了水平砂質(zhì)板巖隧道開挖施工技術,希望對類似工程項目的施工建設有所幫助.

利用mts815巖石力學試驗系統(tǒng)完成了不同溫度下的20個花崗巖試樣的三軸壓縮試驗。分析了溫度對花崗巖試樣的強度特性、變形特性以及破壞特征的影響,能夠在實際工程中起到一定的指導作用。試驗結(jié)果表明:在20℃到40℃的范圍,彈性模量隨溫度升高而降低,泊松比隨溫度升高而升高,且變化幅度都較大,但當溫度超過40℃以后,隨溫度升高的變化幅度明顯降低;隨著溫度的升高,峰值強度逐漸降低,而且溫度對峰值強度的影響隨著圍壓的增加而減弱;內(nèi)聚力c值隨溫度升高而降低,內(nèi)摩擦角φ值隨溫度升高有升高的趨勢,抗剪強度τf大致呈線性減小的關系,且隨著正應力的升高,溫度對花崗巖抗剪強度的影響有減弱的趨勢;花崗巖的變形破壞特征在一般條件下表現(xiàn)為典型的彈脆性體特征,但是在較高圍壓和較高的溫度耦合作用下表現(xiàn)為彈塑性變形-累進性破裂-脆性破壞的特征。