硬石膏岩膨胀力学试验研究进展及展望

为了进一步认识和加深对硬石膏岩膨胀特性的研究,采用文献综述的方法对硬石膏岩膨胀力学试验进行了较为系统和详细的归纳与总结,分析了各因素对于硬石膏岩膨胀的影响。试验研究结果表明,岩石含水率、溶液浸泡时间、离子浓度、温度、水压等诸多因素对硬石膏岩的膨胀力学特性有着显著的影响。岩石含水率增加,岩石单轴抗压强度、弹性模量、变形模量降低,泊松比近似呈现增大的趋势。岩石单轴抗压强度与硬石膏含量、硬石膏水化率三者在空间上呈现"飞鱼"状的不规则曲面关系。岩石单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量和软化系数等力学参数随着浸泡时间的增加、溶液温度的上升和溶液离子浓度的增加而减小。随着水压的增大,岩石弹性模量和峰值强度增大促进岩石膨胀的激活,导致膨胀性增加。硬石膏水化为石膏引发的膨胀受温度影响较大,温度超过48.8℃时,硬石膏平衡浓度低于石膏平衡浓度,硬石膏无法水化为石膏。硬石膏岩的硬石膏含量及厚度达到一定程度时,表面水化生成的石膏作为密封保护层阻止硬石膏岩进一步水化。基于试验研究成果,对穿越硬石膏地层隧道的工程实践措施进行了分析,结合现有试验研究存在的不足,对未来硬石膏岩的研究方向进行了展望,对未来研究硬石膏岩提供一定的借鉴与指导。     

点荷载强度试验经验公式影响因素分析

岩石点荷载强度试验作为一种常见的岩石强度试验测试方法,应用越来越广泛。国内外学者在实践中总结出了大量的经验公式,证明饱和单轴极限抗压强度与岩石点荷载强度指数之间具有线性关系,但由于采取试样受地域、岩性、强度、结构构造的不同,其经验公式有一定的差异。在实践中发现,其相关性受岩石坚硬程度、岩体完整程度、岩层产状等多因素影响,通过采取一定量的岩石试样分别从岩石坚硬程度、岩体完整程度、岩层产状等方面分组对其统计分析,得出各因素对岩石点荷载强度指数和饱和单轴极限抗压强度相关性的影响程度,为工程实践提供参考。     

成贵铁路宜兴段红层泥岩强度试验统计分析

结合成贵铁路宜兴段红层泥岩单轴抗压强度试验,在数理统计的基础上,针对不同里程、不同埋藏深度、不同地层的泥岩抗压强度进行比较分析。结果表明泥岩遇水软化严重,在J2S地层中修建桥梁可采用普通桩基础或明挖基础,其他地层采用摩擦桩基础,施工时要注意防水、及时封闭。     

岩石里氏硬度值与单轴饱和抗压强度相关性分析初步探讨

隧道施工期关于岩石坚硬程度指标的准确获取，是隧道围岩快速分级面临的实际问题，现行规范要求采用岩石单轴饱和抗压强度作为岩石坚硬程度的定量指标。为寻求关于岩石单轴饱和抗压强度最优的替代方案，对岩石单轴饱和抗压强度的不同替代方案和指标的优缺点进行分析比较，并通过使用里氏硬度计对不同岩性的岩石进行室内试验分析，研究泥岩类岩石和砂岩类岩石里氏硬度值与单轴饱和抗压强度之间的关系。利用数理统计软件SPSS24.0对岩石的里氏硬度值及单轴饱和抗压强度值进行回归分析，指出里氏硬度值与岩石单轴饱和抗压强度二者存在相关关系，且相关性较强，并构建不同岩性的岩石在饱和状态下单轴抗压强度与里氏硬度值的回归预测方程。     

点荷载仪在优化红层隧道围岩级别中的应用

目前，在划分隧道围岩级别时，多是采用岩石饱和抗压强度来计算围岩BQ值，致使红层地区的隧道Ⅴ级围岩偏长，PPP高速公路项目的投资压力偏大。按照岩石中“砂质含量”从低到高的顺序，将红层岩石主要分为“泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩”四类，分析红层隧道的工程地质特征，判断出“岩石强度Rc是影响红层隧道围岩BQ值的关键因子”；分析了“样品失真”是导致常规抗压试验数据偏于保守的根本原因；归纳了点荷载试验具备“设备轻便、取样快捷、离散性小”等优点，阐明采用天然状态下的岩石点荷载强度来计算BQ值更贴合红层隧道实际水文地质条件的原理；建立了采用“点荷载强度”来优化红层隧道围岩的方法。     

红层软岩三轴应力-应变全过程试验研究

由于红层软岩特殊的地质特征,目前对其受力、变形及水理性变化规律的认识还不够。文章通过三轴应力—应变全过程试验,研究了不同围压下红层的破坏规律、极限抗压强度和残余强度的变化规律,取得了几种典型红层软岩的抗剪强度、残余抗剪强度以及水对这两种强度的影响,最后分析了岩体中结构面同三轴极限抗压强度的关系。     

红层单轴抗压强度与回弹强度相关关系研究

单轴抗压强度与回弹强度之间已有较多学者提出了不同的经验关系,但是针对具体红层的单轴抗压强度与回弹强度之间的相关关系尚未建立。文中通过大量的红层单轴抗压强度试验与回弹强度试验,研究其间的关系并建立了经验公式,与其他经验公式比较结果,验证了其正确性。     

基于标度化灰色关联理论的岩石黄纵尺寸效应研究

针对不同类型岩石在不同高径比尺寸下进行单轴抗压试验研究,运用经过数据标度化方法改进后的灰色关联分析法,对岩石横向和纵向尺寸变化对抗压强度的影响进行灰色绝对、相对以及综合关联分析.利用灰色理论分析得知岩石横纵尺寸变化在众多影响抗压强度的因素中十分重要,并提出了其关联分析及结果运用.研究得知完整岩石纵向尺寸变化对抗压强度影...     

基于标度化灰色关联理论的岩石横纵尺寸效应研究

针对不同类型岩石在不同高径比尺寸下进行单轴抗压试验研究,运用经过数据标度化方法改进后的灰色关联分析法,对岩石横向和纵向尺寸变化对抗压强度的影响进行灰色绝对、相对以及综合关联分析。利用灰色理论分析得知岩石横纵尺寸变化在众多影响抗压强度的因素中十分重要,并提出了其关联分析及结果运用。研究得知完整岩石纵向尺寸变化对抗压强度影响大于横向尺寸变化,岩样抗压强度基本随着岩石横向尺寸及纵向尺寸的增大而成增大趋势。     

硬石膏岩浸水后单轴抗压强度变化规律试验研究

硬石膏质岩浸水后生成二水石膏,岩石内部孔隙被结晶水填充导致强度发生变化。为研究硬石膏质岩浸水后抗压强度与硬石膏含量、硬石膏水化率的关系,在实验室内对106块不同含量的硬石膏岩试件进行了浸水后的室内单轴抗压强度试验,试验结果揭示:在不同水化率条件下,岩石试件的单轴抗压强度与试件硬石膏含量的关系不能用统一的函数形式进行描述,其中,岩石的水化率0.65～0.7,0.8～0.84的前后其单轴抗压强度函数曲线发生较大变化;不同硬石膏含量时,岩石单轴抗压强度与硬石膏水化率的函数曲线呈下凹曲与上凹两种形态,这两种形态曲线的变化拐点出现在石膏含量0.64～0.78间;岩石单轴抗压强度与硬石膏含量、硬石膏水化率三者在空间上呈现"飞鱼"状的不规则曲面关系,其中在水化率为0、水化率大于0.8和石膏含量大于0.7、水化率为0.5～0.7和硬石膏含量0.6～0.65这3处位置的岩石单轴抗压强度属于高势区;岩石水化率为0.35～0.45和水化率0.2～0.6,石膏含量0.7～1及水化率大于0.75,石膏含量小于0.6,这3处位置的单轴抗压强度为低势区。硬石膏岩水化反应是一项十分复杂过程,水化后的岩石强度受控于水化程度和石膏含量两因素。     

不同含水率下石灰改良红层泥岩土的力学特性试验研究

为掌握不同含水率下石灰改良黔张常高铁地区红层泥岩的力学特性,对红层泥岩及其石灰改良土进行了击实试验,随后考虑最优含水率和饱和含水率进行了无侧限抗压,CBR,直剪等力学试验,结果表明:随石灰掺量增加,改良红层泥岩的最优含水率逐渐增大,而最大干密度则逐渐减小.石灰对红层泥岩土的强度和承载力有显著改善,但改善效果与红层泥岩土自身的含水率有关.饱和状态下,石灰掺量增加,对CBR值和黏聚力改善的效果越好,但对无侧限抗压强度和内摩擦角改善效果的增幅不如前者明显;最优含水率下,石灰掺量越高,无侧限抗压强度、黏聚力和CBR值逐渐增加,但对内摩擦角的改善效果并不明显,且当石灰掺量超过6％时,其内摩擦角略有减小.最终推荐利用石灰改良黔张常地区红层泥岩时最优掺比为6％.     

云南元磨高速公路红层路段滑坡成因探讨

云南元磨高速公路多沿山坡展布,穿越了不同时代的地层,地层岩性和地质构造十分复杂,地质灾害发育,特别是"红层"路段内滑坡发生的频率更高。通过对K303~K371路段长68 km范围内51个滑坡的地质条件和滑坡成因的分析研究,确认"滇西红层"是易滑地层。地形、地层岩性和地质构造是滑坡发生发展的内部因素,切坡和降雨是主要诱发因素。     

泥质粉砂岩点荷强度与单轴抗压强度对比研究

对抚州泥质粉砂岩的点荷载强度与岩石单轴抗压强度进行对比研究,结果表明,两者之间存在良好的线性相关性,并建立了显著线性相关的关系式。同时分析表明,现有的经验公式在推广应用时存在局限性,宜慎用。     

超大直径泥水盾构土岩交互地层掘进载荷计算与分析

为解决土岩交互地层超大直径泥水盾构推力、转矩参数设计取值与施工参数控制问题,提出土岩交互地层掘进载荷计算模型。根据泥水盾构特点分析载荷各分项组成,建立掘进载荷数学模型,基于土岩交互地层模型、刀盘几何模型对载荷计算模型进行数值仿真,利用汕头苏埃通道基岩段施工数据对模型进行计算验证,分析基岩侵入高度、岩石强度、贯入度等影响因素对刀盘转矩的影响规律。计算分析结果表明： 1）掘进载荷计算模型理论推力与实测值误差为-6.4%~5.6%,刀盘理论转矩与实测值误差为-9.5%~9.0%,模型具有较高的精度,可满足装备设计和工程应用的实际需要; 2）随基岩侵入高度和贯入度增加,推力、转矩均增加,但转矩对岩石侵入高度、贯入度变化更灵敏; 3）岩石单轴抗压强度每增加10 MPa,转矩约上升7%（强度在50~100 MPa,贯入度5 mm/r）; 4）在高贯入度下,〖JP2〗刀盘转矩随岩石侵入高度的增加效应越显著; 5）在刀盘1/2位置附近,岩石高度增量引起的转矩增加最为显著。建议在施工中根据地勘确定的基岩侵入高度、岩石强度、贯入度参数计算出对应的转矩,可作为施工中掘进控制参数。     

干湿循环作用下红层软岩填料强度特性试验研究

为揭示干湿循环条件下崩解性红层软岩填料的强度特性,开展了3项试验。首先,制备了经受0～8次干湿循环作用的红层软岩填料压实试样进行固结排水三轴试验。结果表明:相同围压下红层填料试样的峰值强度随干湿循环次数增加呈现先下降后上升的特点,与此同时,在固结阶段,经历不同干湿循环变化试样的体变是随干湿循环次数单调增大的。然后,进行了受限环境下红层软岩的崩解试验,将具有崩解性岩块放在受限环境中经受干湿循环作用。结果表明:具有崩解性的岩块在受侧限环境中经历干湿循环,岩块整体上不崩解,但边角存在剥落现象。最后,对在首先环境下经历干湿循环作用的岩块饱和后进行抗压强度测试,发现岩块强度随干湿循环次数增加而降低,但是强度仍显著高于填料强度。以上试验研究表明:红层填料试样的峰值强度随干湿循环次数增加呈现先下降后上升的特点,与一般岩土不同。其展现的变化规律由3种作用机制综合形成,即干湿循环对岩土结构普遍的破坏作用导致的强度下降机制;受限条件下崩解性红层软岩经历干湿循环后仍保持原来的完整性的强度稳定机制;干湿和固结压力联合作用下,应力集中导致的颗粒边角被破碎形成的微观结构调整引起的强度上升机制。     

严寒地区高速铁路基岩冻胀试验研究

文章以哈大客运专线为研究背景,通过基岩的冻胀试验研究了吸水率对不同类型基岩的冻胀影响以及冻融循环对基岩单轴抗压强度的影响。研究表明:基岩冻胀率随着基岩吸水率的增大而增大,同种类型岩石冻胀率接近;不同类型的基岩经过冻融循环后,抗压强度都呈减小的趋势,并最终趋于稳定。研究基岩的冻胀性可以了解基岩冻胀特点及经过冻融循环后的强度变化规律,为高速铁路建设中基岩冻胀问题提供一定的参考意义。     

碱液处理红黏土抗压强度演变规律研究

针对影响碱液处理红黏土强度的主要因素，采用正交设计方法进行无侧限抗压强度试验，通过极差分析和方差分析相结合的方法研究含水率、碱液浓度、养护温度等因素对无侧限抗压强度的影响规律。结果表明：碱液处理后，红黏土的无侧限抗压强度提高显著，影响碱液处理红黏土无侧限抗压强度的主次因素依次为：碱液浓度、含水率、养护温度，最优水平组合为：含水率20%、碱液浓度2.0 mol/L、养护温度100℃。     

干湿循环作用下白云岩强度损伤试验研究

白云岩在干湿循作用下,其强度的损伤受到所处环境地下水pH值、白云岩内部构造(岩层层厚、颗粒大小、岩层产状)等多种因素的影响,其影响程度可用岩石饱和单轴极限抗压强度变化量作为判定标准。根据不同pH值环境、不同层厚、不同粒径、不同产状分组试验,将测试值与干湿循环次数进行拟合分析,呈现出一定相关性。研究表明：随地下水pH值的降低,其强度衰减速度加快;岩石层理越厚,其强度衰减速度越快;岩石颗粒越细,其强度衰减速度越快;岩层倾角越大,其强度衰减速度越快。     

桥梁勘察中红砂岩单轴抗压强度标准值的计算方法探讨

岩石单轴抗压强度标准值,是桥梁桩基工程设计中的重要指标。在桥梁工程地质勘察过程中,由于红砂岩是一种软岩,计算红砂岩石的单轴抗压强度标准值时,其单轴抗压强度的离散性大,这直接关系着单轴抗压强度标准值,其值的大小将直接影响桥梁桩基的桩径大小和长短。对此,以江西境内红砂岩为例,分析了红砂岩的单轴抗压强度值变化大的原因,通过实例,探讨在对红砂岩的试验数据进行统计计算时采用的方法和原则,使其单轴抗压强度标准值较为合理。     

贵阳绕城高速红粘土变形与强度特性研究

在公路工程中,红粘土的的变形与强度特性对路基及边坡稳定性具有重要影响。文中通过对贵阳绕城高速南环线红粘土路段不同含水率原状红粘土进行室内三轴压缩试验,分析不同含水率条件下红粘土的变形与强度特性。研究结果表明:红粘土的应力-应变关系表现为驼峰型应变软化特性,含水率越高,应变软化现象越明显;粘聚力随含水量的增大呈阶梯式减小,随含水率增大,内摩擦角也有所减小,但减小的幅度不大。并给出了贵阳绕城高速公路在设计及施工过程中针对红粘土水敏性特点应采取的措施。