武廣高鐵弱風化泥質(zhì)板巖工程特性試驗研究

利用instron1346電液伺服控制試驗系統(tǒng),對湘西南地區(qū)典型砂質(zhì)板巖進行室內(nèi)試驗,重點分析了砂質(zhì)板巖內(nèi)部定向?qū)永砣趺鎸Π鍘r強度和變形特征的影響。試驗結(jié)果表明,砂質(zhì)板巖力學特性具有顯著的橫觀各向同性特征,定向弱面與水平面平行(夾角0°)時,全程應(yīng)力應(yīng)變曲線存在明顯的壓密變形階段,抗壓強度最高,破壞模式為與層面斜交的壓剪破壞。當弱面與水平面垂直(夾角90°)時,初始壓密變形量較小,峰前主要為線彈性變形,峰值強度比夾角0°低48%,板巖強度各向異性系數(shù)為0.68。砂質(zhì)板巖各向異性力學特性的試驗研究為解決工程技術(shù)問題提供了基本參數(shù)。

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(yīng)力與動應(yīng)變關(guān)系骨干曲線為雙曲線;改良土阻尼比隨動應(yīng)變幅值增大而增大,近似為雙曲線函數(shù)關(guān)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(yīng)力強度和破壞振次的對數(shù)呈線性遞減關(guān)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(yīng)力與動應(yīng)變關(guān)系骨干曲線為雙曲線;改良土阻尼比隨動應(yīng)變幅值增大而增大,近似為雙曲線函數(shù)關(guān)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(yīng)力強度和破壞振次的對數(shù)呈線性遞減關(guān)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。

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(shù)支持。 關(guān)鍵詞：板巖；水理特性；試驗；開挖和支護；技術(shù)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 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(shù)支持。

目前,對于考慮含水劣化的軟巖蠕變力學特性研究存在一定的局限性。針對此問題,以滬昆客運專線長昆湖南段姚家隧道施工期泥質(zhì)板巖的蠕變問題為出發(fā)點,通過三軸壓縮蠕變試驗分析應(yīng)力狀態(tài)及吸水率對泥質(zhì)板巖蠕變特性的影響規(guī)律,在已有burgers蠕變本構(gòu)模型的基礎(chǔ)上,引入水劣化因子,建立泥質(zhì)板巖考慮吸水率的黏彈塑性蠕變本構(gòu)方程,將蠕變參數(shù)轉(zhuǎn)化為prony級數(shù),在ansys軟件中驗證蠕變本構(gòu)方程的合理性。研究結(jié)果表明:隨著吸水率的增大,泥質(zhì)板巖的蠕變變形和蠕變率增大,進入等速及加速蠕變階段的進程加快;應(yīng)力差的增大預示著泥質(zhì)板巖進入等速及加速蠕變階段的進程加快,時間縮短;隨著吸水率的增大,泥質(zhì)板巖蠕變參數(shù)(變形模量、黏滯系數(shù)、體積模量)呈指數(shù)函數(shù)減小。將顧及了水劣化因子的蠕變本構(gòu)模型輸入至ansys軟件中,計算結(jié)果與三軸壓縮蠕變試驗結(jié)果吻合度較高,表明考慮吸水率的黏彈塑性蠕變本構(gòu)模型具有較強的實效性,可以用于描述富水泥質(zhì)板巖隧道圍巖的蠕變規(guī)律。

淤泥質(zhì)軟黏土次固結(jié)特性試驗研究——以鄭州地區(qū)軟黏土為例，通過試驗分析了淤泥質(zhì)軟黏土次固結(jié)變形特性。結(jié)果表明：鄭州地區(qū)淤泥質(zhì)軟土的次固結(jié)變形具有非線性特征；次固結(jié)系數(shù)與固結(jié)壓力無關(guān)，次固結(jié)系數(shù)與壓縮指數(shù)的比值基本上是一個常數(shù)；超載預壓對淤泥質(zhì)軟...

本文針對鎖口水庫筑壩料中的砂巖和泥巖混合料進行一系列的室內(nèi)土工試驗,研究了混合料的顆粒級配、滲透性、壓縮性及剪切強度等特性,提出了合理的混合料級配范圍和壓實控制干密度,論證了建議級配范圍內(nèi)的混合料具有良好的抗?jié)B穩(wěn)定性和力學性能,可直接用于壩體填筑。

風化泥巖作為路基填料的試驗研究——南京繞越高速公路方山區(qū)域廣泛分布風化泥巖，文章對該風化泥巖作為高速公路路基填料的問題進行研究。室內(nèi)試驗成果表明：泥巖開挖料具有遇水膨脹崩解和泥化特征，水穩(wěn)定性差，但如采用橡皮膜包裹，則巖塊試樣浸水后完整性較好...

為提高高速公路軟土地基承載力,解決高壓旋噴技術(shù)中淤泥質(zhì)軟土固化的最佳水泥摻量的問題,利用室內(nèi)試驗的方法,對不同水泥摻量下淤泥質(zhì)軟土強度及剛度隨時間變化的特性展開研究.結(jié)果表明:水泥摻量為2.5％時,軟土強度略有降低;當水泥摻量達到15％時,無側(cè)限抗壓強度及不排水抗剪強度增長了40多倍,楊氏模量e增長了250多倍;養(yǎng)護齡期為14d時,強度完成了21d齡期的80％左右.為高壓旋噴加固淤泥質(zhì)土提供試驗及理論依據(jù),并可作為類似工程的參考.

通過對強風化泥巖的室內(nèi)動三軸試驗及試驗結(jié)果分析,研究循環(huán)荷載作用下其動力本構(gòu)關(guān)系及主要影響因素,分析動彈性模量和阻尼發(fā)展特征,提出動力本構(gòu)模型參數(shù)、動模量衰減模型、阻尼增長模型及其擬合參數(shù)。研究結(jié)果表明:強風化泥巖的動力本構(gòu)關(guān)系符合雙曲線模型,其相關(guān)系數(shù)大于0.9935;固結(jié)圍壓與模型參數(shù)a值存在較好的負線性相關(guān)性;天然含水率、干密度對模型參數(shù)b值存在顯著的影響,含水率越大,干密度越大,b值越小;動彈性模量具有明顯的應(yīng)變軟化特征,變化趨勢滿足負指數(shù)衰減模型;阻尼比隨動應(yīng)變的增大而增大,其變化趨勢滿足冪律函數(shù)關(guān)系,動荷載作用下動應(yīng)變的變化在一定范圍之內(nèi)滯后于動應(yīng)力的變化。

針對武廣客運專線沿線遇到的大量軟質(zhì)千枚狀板巖,對作為路基填料的軟質(zhì)千枚狀板巖的結(jié)構(gòu)特征,包括顆粒組成和破碎特征進行室內(nèi)實驗研究,重點分析千枚狀板巖的擊實工程特性,包括擊實特性、抗剪強度、回彈模量、cbr值、滲水特性、壓縮特性等。通過實驗研究得出千枚狀板巖全風化體抗剪強度性能較好,用其填筑路堤邊坡穩(wěn)定。就回彈模量來說,千枚狀板巖填料能滿足路堤在剛度和強度方面的要求。采用風化軟巖填筑路基時,當難以通過增大擊實功來提高路基的填筑強度時,可通過增加粗顆粒的含量,實現(xiàn)路基強度的提高。本文同時也為用軟質(zhì)風化巖作路基填料的壓實度控制問題提供依據(jù)。

水泥穩(wěn)定類花崗巖風化料的強度能否滿足路用要求是將該類材料應(yīng)用于高等級公路底基層時的關(guān)鍵之一,通過原狀風化料的篩分、擊實試驗、無側(cè)限抗壓試驗、劈裂試驗,得出水泥穩(wěn)定類花崗巖風化料能夠滿足高等級公路底基層的強度要求,水泥摻量以4%~5%為宜,并以5%為優(yōu)的結(jié)論,為進一步研究水泥穩(wěn)定類花崗巖風化料的路用性能提供了基礎(chǔ)資料。

針對曹妃甸工業(yè)區(qū)近海風電工程,以濱海淤泥質(zhì)軟土為研究對象,應(yīng)用sem-eds-xrd技術(shù)進行微觀結(jié)構(gòu)研究,結(jié)合宏觀固結(jié)特性試驗,確定濱海軟土微觀物理結(jié)構(gòu)與宏觀結(jié)構(gòu)強度關(guān)系。通過室內(nèi)試驗與理論分析表明,微觀結(jié)構(gòu)及礦物元素組成反映了該淤泥質(zhì)軟土具有典型海相軟土特性；基于原狀土與重塑土的固結(jié)特性壓縮曲線,推算濱海軟土先期固結(jié)壓力及結(jié)構(gòu)屈服壓力,確定了該濱海軟土結(jié)構(gòu)強度；揭示了微觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學性質(zhì)的緊密聯(lián)系。

以新建吉圖琿高速鐵路gdk275+470～gdk276+432段深路塹工程為依托,對邊坡膨脹土進行了物理特性、脹縮特性、強度特性、凍融特性等試驗.研究結(jié)果表明:膨脹土具有高含水率、低密度的特征;膨脹土的膨脹率與含水率及上部垂直荷載呈負相關(guān),與壓實度呈正相關(guān),壓實越緊密,其膨脹率越高;在臨界含水率以內(nèi)時,膨脹土含水率與抗剪強度參數(shù)之間存在線性相關(guān)關(guān)系;土體黏聚力隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加,降低至初始值的80％左右,但凍融循環(huán)次數(shù)對內(nèi)摩擦角的影響較小.

我國地形復雜且地質(zhì)多變,在許多重大隧道工程建設(shè)中,圍巖的復雜性及特殊性已成為影響隧道施工的主要技術(shù)難題,尤其在富水含碳泥質(zhì)板巖地質(zhì)條件下的隧道施工更是隧道施工技術(shù)的研究重點.本文以新建吉圖琿客專jhsvii標段小盤嶺2號隧道為例,詳細介紹在富水條件下炭化泥質(zhì)板巖地層隧道注漿加固技術(shù)的研究過程、施工方法及取得效果.目前,國內(nèi)對于在此種條件下的大斷面隧道施工并無相關(guān)案例,文章所描述的方法不僅對吉圖琿鐵路具有重大意義,也可以為其他類似項目起到一定的指導和借鑒作用.

通過對大橋水庫工程風化巖壩料的密度、單耗、沉降、級配、滲透系數(shù)等試驗實測資料綜合整理分析,總結(jié)出了大橋水庫工程風化巖壩料的工程特性。經(jīng)過大量的工程實驗資料表明:將弱風化巖體作為大橋水庫工程開采條件下最優(yōu)料源來使用,這一點與地勘資料提出的結(jié)論是完全一致的。

花崗巖在我國分布很廣泛,約占我國面積的9％,華東、華南地區(qū)花崗巖的風化殼深厚,容易引發(fā)多種地質(zhì)災害。由以往勘察、設(shè)計、施工及運營中反饋的信息表明,因風化花崗巖引起路基工程方面的問題較為突出。本文將風化花崗巖的工程特性以及路基工程方面的問題進行了歸納,以便為今后花崗巖地區(qū)工程的勘察、設(shè)計提供參考。

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(yīng),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(yīng)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(yīng)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)?；诖至Ｍ寥渥兝碚?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(yīng)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。

為了揭示板巖這種層狀巖體抗拉強度的各向異性,筆者根據(jù)層狀巖體巴西劈裂試驗圓盤平面應(yīng)力的彈性力學解析解,并結(jié)合單弱面理論,建立了不同層理角度θ與抗拉強度的關(guān)系式。通過對不同層理角度θ下的試件進行巴西劈裂試驗,得到:隨著θ從0°變化至90°,強度因子呈現(xiàn)兩端大中間小的趨勢;運用單弱面理論得到的強度關(guān)系式可以較好地反映出在含有層理面時巴西劈裂試驗抗拉強度隨層理角度變化的規(guī)律;當0°≤θ<25.2°或72.6°<θ≤90°時,屬于純拉伸破壞;當25.2°≤θ≤72.6°時,巖塊受層理面影響,屬于沿層理面剪切破壞。

在土工合成材料加筋土擋墻工程中加筋材料與填土間的界面作用特性直接影響工程的安全與穩(wěn)定性,因此,加筋材料與填土的界面技術(shù)指標在加筋土擋墻的設(shè)計中至關(guān)重要。選擇雙向土工格柵、丙綸長絲機織土工布兩種加筋材料與不同含水量、壓實度的全風化泥巖進行拔拉試驗。試驗結(jié)果表明,雙向土工格柵與填土界面有整體拔出破壞和縱肋拔出破壞兩種形式,土工布表現(xiàn)為整體拔出破壞;加筋材料與填土界面的表觀摩阻力隨法向應(yīng)力的增加而增加,隨填土含水量的增大而減小;在相同的填土界面情況下,機織土工布與界面的內(nèi)摩擦角大于雙向土工格柵。

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(yīng)力與蠕變參數(shù)之間的關(guān)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。