武广高铁弱风化泥质板岩工程特性试验研究

利用instron1346电液伺服控制试验系统,对湘西南地区典型砂质板岩进行室内试验,重点分析了砂质板岩内部定向层理弱面对板岩强度和变形特征的影响。试验结果表明,砂质板岩力学特性具有显著的横观各向同性特征,定向弱面与水平面平行(夹角0°)时,全程应力应变曲线存在明显的压密变形阶段,抗压强度最高,破坏模式为与层面斜交的压剪破坏。当弱面与水平面垂直(夹角90°)时,初始压密变形量较小,峰前主要为线弹性变形,峰值强度比夹角0°低48%,板岩强度各向异性系数为0.68。砂质板岩各向异性力学特性的试验研究为解决工程技术问题提供了基本参数。

针对未改良和水泥改良的泥质板岩砂土,利用振动三轴仪开展不同加载频率和围压作用下的循环振动加载试验,研究土的动弹性模量、阻尼比、动力强度和动力累积变形等参数的变化规律,对比改良土和未改良土的试验结果,分析和评价改良效果。研究结果表明：改良土的动应力与动应变关系骨干曲线为双曲线;改良土阻尼比随动应变幅值增大而增大,近似为双曲线函数关系;改良土初始动弹性模量随围压增大而增大,最大阻尼比随围压增大而减小;改良土初始动弹性模量随加载频率增大而增大,但加载频率对最大阻尼比的影响不大;改良土动应力强度和破坏振次的对数呈线性递减关系;水泥改良后,泥质板岩土的动力强度和初始动弹性模量显著提高,而最大阻尼比变化不大。改良土动力变形稳定性比未改良土的强。

针对未改良和水泥改良的泥质板岩砂土,利用振动三轴仪开展不同加载频率和围压作用下的循环振动加载试验,研究土的动弹性模量、阻尼比、动力强度和动力累积变形等参数的变化规律,对比改良土和未改良土的试验结果,分析和评价改良效果。研究结果表明:改良土的动应力与动应变关系骨干曲线为双曲线;改良土阻尼比随动应变幅值增大而增大,近似为双曲线函数关系;改良土初始动弹性模量随围压增大而增大,最大阻尼比随围压增大而减小;改良土初始动弹性模量随加载频率增大而增大,但加载频率对最大阻尼比的影响不大;改良土动应力强度和破坏振次的对数呈线性递减关系;水泥改良后,泥质板岩土的动力强度和初始动弹性模量显著提高,而最大阻尼比变化不大。改良土动力变形稳定性比未改良土的强。

板岩水理特性试验研究 摘要：在水的作用下，板岩极易发生崩解和软化，进而出现强度降低。本文 针以怀通高速公路正团冲隧道风化板岩为研究对象，通过电镜实验、崩解特性试 验、软化试验，系统研究了板岩受水影响的水理特性。本研究为隧道的开挖和支 护提供了技术支持。 关键词：板岩；水理特性；试验；开挖和支护；技术支持 岩石遇水作用后，会引起某些物理、化学和力学等性质的改变，水对岩石的 这种作用特性称为岩石的水理性。水对板岩及结构面产生物理化学作用，将产生 膨胀、崩解等现象，减弱了板岩的力学性质。板岩在饱水条件下，力学性质将发 生大幅度的降低，尤其是对于含有粘土矿物特别是膨胀性矿物、易溶性矿物或有 机质的板岩，其影响更甚。本文针以怀通高速公路正团冲隧道风化板岩为研究对 象，通过电镜实验、崩解特性试验、软化试验，系统研究了板岩受水影响的水理 特性。本研究为隧道的开挖和支护提供了技术支持。

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。

淤泥质软黏土次固结特性试验研究——以郑州地区软黏土为例，通过试验分析了淤泥质软黏土次固结变形特性。结果表明：郑州地区淤泥质软土的次固结变形具有非线性特征；次固结系数与固结压力无关，次固结系数与压缩指数的比值基本上是一个常数；超载预压对淤泥质软...

本文针对锁口水库筑坝料中的砂岩和泥岩混合料进行一系列的室内土工试验,研究了混合料的颗粒级配、渗透性、压缩性及剪切强度等特性,提出了合理的混合料级配范围和压实控制干密度,论证了建议级配范围内的混合料具有良好的抗渗稳定性和力学性能,可直接用于坝体填筑。

风化泥岩作为路基填料的试验研究——南京绕越高速公路方山区域广泛分布风化泥岩，文章对该风化泥岩作为高速公路路基填料的问题进行研究。室内试验成果表明：泥岩开挖料具有遇水膨胀崩解和泥化特征，水稳定性差，但如采用橡皮膜包裹，则岩块试样浸水后完整性较好...

为提高高速公路软土地基承载力,解决高压旋喷技术中淤泥质软土固化的最佳水泥掺量的问题,利用室内试验的方法,对不同水泥掺量下淤泥质软土强度及刚度随时间变化的特性展开研究.结果表明:水泥掺量为2.5％时,软土强度略有降低;当水泥掺量达到15％时,无侧限抗压强度及不排水抗剪强度增长了40多倍,杨氏模量e增长了250多倍;养护龄期为14d时,强度完成了21d龄期的80％左右.为高压旋喷加固淤泥质土提供试验及理论依据,并可作为类似工程的参考.

通过对强风化泥岩的室内动三轴试验及试验结果分析,研究循环荷载作用下其动力本构关系及主要影响因素,分析动弹性模量和阻尼发展特征,提出动力本构模型参数、动模量衰减模型、阻尼增长模型及其拟合参数。研究结果表明:强风化泥岩的动力本构关系符合双曲线模型,其相关系数大于0.9935;固结围压与模型参数a值存在较好的负线性相关性;天然含水率、干密度对模型参数b值存在显著的影响,含水率越大,干密度越大,b值越小;动弹性模量具有明显的应变软化特征,变化趋势满足负指数衰减模型;阻尼比随动应变的增大而增大,其变化趋势满足幂律函数关系,动荷载作用下动应变的变化在一定范围之内滞后于动应力的变化。

针对武广客运专线沿线遇到的大量软质千枚状板岩,对作为路基填料的软质千枚状板岩的结构特征,包括颗粒组成和破碎特征进行室内实验研究,重点分析千枚状板岩的击实工程特性,包括击实特性、抗剪强度、回弹模量、cbr值、渗水特性、压缩特性等。通过实验研究得出千枚状板岩全风化体抗剪强度性能较好,用其填筑路堤边坡稳定。就回弹模量来说,千枚状板岩填料能满足路堤在刚度和强度方面的要求。采用风化软岩填筑路基时,当难以通过增大击实功来提高路基的填筑强度时,可通过增加粗颗粒的含量,实现路基强度的提高。本文同时也为用软质风化岩作路基填料的压实度控制问题提供依据。

水泥稳定类花岗岩风化料的强度能否满足路用要求是将该类材料应用于高等级公路底基层时的关键之一,通过原状风化料的筛分、击实试验、无侧限抗压试验、劈裂试验,得出水泥稳定类花岗岩风化料能够满足高等级公路底基层的强度要求,水泥掺量以4%~5%为宜,并以5%为优的结论,为进一步研究水泥稳定类花岗岩风化料的路用性能提供了基础资料。

针对曹妃甸工业区近海风电工程,以滨海淤泥质软土为研究对象,应用sem-eds-xrd技术进行微观结构研究,结合宏观固结特性试验,确定滨海软土微观物理结构与宏观结构强度关系。通过室内试验与理论分析表明,微观结构及矿物元素组成反映了该淤泥质软土具有典型海相软土特性；基于原状土与重塑土的固结特性压缩曲线,推算滨海软土先期固结压力及结构屈服压力,确定了该滨海软土结构强度；揭示了微观结构与宏观力学性质的紧密联系。

以新建吉图珲高速铁路gdk275+470～gdk276+432段深路堑工程为依托,对边坡膨胀土进行了物理特性、胀缩特性、强度特性、冻融特性等试验.研究结果表明:膨胀土具有高含水率、低密度的特征;膨胀土的膨胀率与含水率及上部垂直荷载呈负相关,与压实度呈正相关,压实越紧密,其膨胀率越高;在临界含水率以内时,膨胀土含水率与抗剪强度参数之间存在线性相关关系;土体黏聚力随着冻融循环次数的增加,降低至初始值的80％左右,但冻融循环次数对内摩擦角的影响较小.

我国地形复杂且地质多变,在许多重大隧道工程建设中,围岩的复杂性及特殊性已成为影响隧道施工的主要技术难题,尤其在富水含碳泥质板岩地质条件下的隧道施工更是隧道施工技术的研究重点.本文以新建吉图珲客专jhsvii标段小盘岭2号隧道为例,详细介绍在富水条件下炭化泥质板岩地层隧道注浆加固技术的研究过程、施工方法及取得效果.目前,国内对于在此种条件下的大断面隧道施工并无相关案例,文章所描述的方法不仅对吉图珲铁路具有重大意义,也可以为其他类似项目起到一定的指导和借鉴作用.

通过对大桥水库工程风化岩坝料的密度、单耗、沉降、级配、渗透系数等试验实测资料综合整理分析,总结出了大桥水库工程风化岩坝料的工程特性。经过大量的工程实验资料表明:将弱风化岩体作为大桥水库工程开采条件下最优料源来使用,这一点与地勘资料提出的结论是完全一致的。

花岗岩在我国分布很广泛,约占我国面积的9％,华东、华南地区花岗岩的风化壳深厚,容易引发多种地质灾害。由以往勘察、设计、施工及运营中反馈的信息表明,因风化花岗岩引起路基工程方面的问题较为突出。本文将风化花岗岩的工程特性以及路基工程方面的问题进行了归纳,以便为今后花岗岩地区工程的勘察、设计提供参考。

砂质板岩在怀通高速公路分布极为广泛。砂质板岩在水的作用下,极易发生崩解和软化,进而出现强度降低。针以怀通高速公路24标边坡全、强、中和弱风化砂质板岩为研究对象,进行了崩解特性、软化、无侧限压缩、剪切渗透性的系列试验,揭示了砂质板岩受的水理特性。研究表明:①砂质板岩具备强烈崩解特性。砂质板岩揭露遇水后,快速发生氧化反应,进而发生崩解。风化程度越高,崩解越强烈;②砂质板岩水理性能由弱到强排序为:全风化砂质板岩<强风化砂质板岩<中风化砂质板岩<弱风化砂质板岩;③砂质板岩越干燥,崩解效应越明显,大旱后突降雨,会导致板岩的强烈崩解,很容易诱发潜在滑坡。

通过利用大型单轴固结仪对砂质板岩粗粒土填料进行低应力状态(σ=50,100,200,400和800kpa)的单轴压缩蠕变试验,研究砂质板岩粗粒土路堤填料的蠕变性质。基于粗粒土蠕变理论,分析填料的蠕变曲线特征,确定蠕变的初始计算时间,选取常见的蠕变本构模型,利用改进的高斯-牛顿法确定压实度为95%的砂质板岩粗粒土的蠕变模型参数。研究结果表明:砂质板岩粗粒土在低应力状态下表现出具有弹性变形、稳定蠕变和无黏性流动的衰减蠕变特性;h-k-k模型更准确地反映砂质板岩粗粒土填料的蠕变特性。

通过单轴压缩蠕变试验研究含水率以及颗粒组成对粗粒土蠕变的影响规律,分析砂质板岩粗粒土在不同影响因素(含水状态、颗粒组成)下的蠕变特性,并基于与试验结果相符的h-k蠕变模型,探讨含水率、细颗粒含量、应力与蠕变参数之间的关系。研究结果表明:含水率、细颗粒含量均为影响粗粒土蠕变特性的重要因素,提出通过使用干燥或饱和含水态的粗粒土填料以及使用细颗粒含量为30%的粗粒土填料的途径来控制路堤的长期沉降。

为了揭示板岩这种层状岩体抗拉强度的各向异性,笔者根据层状岩体巴西劈裂试验圆盘平面应力的弹性力学解析解,并结合单弱面理论,建立了不同层理角度θ与抗拉强度的关系式。通过对不同层理角度θ下的试件进行巴西劈裂试验,得到:随着θ从0°变化至90°,强度因子呈现两端大中间小的趋势;运用单弱面理论得到的强度关系式可以较好地反映出在含有层理面时巴西劈裂试验抗拉强度随层理角度变化的规律;当0°≤θ<25.2°或72.6°<θ≤90°时,属于纯拉伸破坏;当25.2°≤θ≤72.6°时,岩块受层理面影响,属于沿层理面剪切破坏。

岩质边坡开挖后的岩体应力调整和变形不是在瞬间完成,而是在相当长的时间内应力和变形才趋于稳定,这是由于边坡岩体存在流变特性。为研究岩质边坡岩石的流变特性,以湖南某高速公路一典型变质板岩高边坡为研究对象,对该高边坡板岩的蠕变特性进行了单轴压缩蠕变试验研究。研究结果表明:burgers模型能很好的模拟板岩的蠕变特征;随着轴向应力的增大,伯格斯模型各参数都有减小的趋势,说明板岩的粘性蠕变随着轴向应力的增大而越来越明显,板岩呈非线性粘弹性。