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《地球科学与环境学报》2021,(4)
中国西北地区黄土广泛沉积于三趾马红土之上形成"双层异质"接触层面,控制和影响黄土滑坡的形成。为研究黄土-三趾马红土界面剪切力学特性,研制可视化界面直剪仪,开展界面试样剪切试验,探讨齿面角度、含水率、干密度对其剪切破坏模式、强度与变形特性影响规律。结果表明:试样均沿界面产生剪切破坏,试样剪切破坏模式可分为齿间滑动、齿间滑动-齿面剪断、齿面剪断3种;界面试样剪切应力-位移曲线呈应变软化型,峰值强度后应变"跳跃"及"塑态"特征反映出界面的脆性与塑性剪断破坏特征,剪切刚度、剪切破坏位移演化规律均受界面接触条件影响;界面剪切过程存在明显剪胀效应,剪胀位移演化规律反映了剪切过程的齿面挤密、齿间滑动、齿面剪断与界面摩擦阶段;界面试样强度随界面接触条件均呈非线性变化,齿面角度越大,峰值强度与残余强度越高,试样剪切破坏模式越趋于脆性齿面剪断;含水率越高,界面峰值强度越低,试样剪切破坏模式越趋于塑性齿面剪断;界面试样干密度越大,峰值强度越大,残余强度越低,试样剪切破坏模式越趋于脆性的齿间滑动-齿面剪断。研究成果可为进一步研究黄土-三趾马红土界面强度准则,揭示黄土-三趾马红土复合型滑坡启动机制提供参考。 相似文献
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橡胶砂作为一种轻质填料在岩土工程中具有良好的应用前景，为揭示橡胶纤维-砂混合料强度特性、偏应力-轴向应变曲线及微观结构的变化规律，开展了橡胶纤维-砂不同配比的三轴剪切试验，基于颗粒流理论和PFC3D程序，对橡胶纤维-砂混合料的三轴剪切试验进行了数值模拟，并与室内试验结果进行了比较。结果表明:随着橡胶含量的增加，试样的应力-应变关系由应变软化型向应变硬化型过渡，试样剪切过程中体变形式逐渐由体胀型变为体缩型；同一围压下橡胶纤维含量高的试样变形模量小，表明橡胶材料的掺入有助于增强试样的压缩性能。 相似文献
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针对结构性和各向异性两大要素对天然软黏土变形性状的影响,对上海天然沉积软黏土进行一维固结试验、K0固结试验以及三轴不排水剪切试验。结果表明:上海天然沉积软黏土具有明显的结构性及各向异性特征;压缩特性在结构屈服破坏前后存在显著差别,具有结构性软黏土所特有的分段特征;不同初始固结应力下的等压及偏压固结不排水应力路径曲线最终都趋近于同一临界状态;在初始有效固结应力低于软黏土的结构屈服应力时,应力-应变曲线呈应变软化型,随着初始有效固结应力的增加,当其超过结构屈服应力后,应力-应变曲线逐渐呈现硬化型特征;在初始有效固结应力相同且低于结构屈服应力的前提下,偏压固结模式所对应的不排水剪切峰值强度高于等压固结模式,且屈服后的应变软化程度相较于等压固结模式更高;在不排水剪切强度达到峰值后,等压和偏压固结模式下的应力-应变曲线逐渐趋于重合;在初始有效固结应力相等的情况下,等压固结模式下产生的孔隙水压力较偏压模式下要高。 相似文献
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孔隙特征作为反映黄土微观结构的重要特征之一, 直接影响黄土的水敏性、渗透性和强度等物理力学性质。为了研究水力耦合作用下黄土微观孔隙结构特征, 使用CT技术对天然原状、原状饱和与重塑黄土的初始结构以及不固结不排水剪切试验后的土体结构进行了扫描, 通过建立黄土三维结构模型, 分析了剪切试验前后孔隙结构的演变特征。结果表明: 饱和与重塑作用使天然原状黄土的大孔隙减少, 剪切作用使天然原状黄土和重塑黄土发生剪切破坏, 原状饱和黄土发生压缩破坏, 局部孔隙率增加。天然原状黄土与原状饱和黄土在剪切前后均表现为微孔和小孔数量较多, 其孔隙倾角主要分布在50°~90°之间, 解释了黄土亚稳态结构形成的主要原因。扰动作用使重塑黄土的孔隙尺寸分布均匀, 且重塑黄土与原状饱和黄土在水力作用下更易失稳屈服。揭示了黄土剪切变形破坏的微观结构主要表现为粒间胶结物的溶解、孔隙的坍塌与填充以及颗粒旋转、破碎和滑移。试验结果可为黄土剪切强度降低和湿陷机理研究提供依据。 相似文献
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持续引水灌溉改变了马兰黄土的结构, 降低了土体的抗剪强度, 导致黑方台地区黄土滑坡频繁发生, 严重影响着当地居民生命和财产安全。为了明析马兰黄土的渗透过程, 取黑方台马兰黄土为研究对象, 分别开展核磁共振(NMR)试验及扫描电镜(SEM)试验, 以解释此类黄土在不同初始含水率及不同干密度下的渗透特性及结构损伤微观特征。研究结果表明: 入渗速率与土体初始含水率呈负相关关系, 土体初始含水率越高, 其充水微小孔隙增加速率越慢, 充水中大孔隙增加速率越快; 入渗速率与土体干密度呈负相关关系, 且会率先形成高含水率区域, 土体干密度越大, 其充水微小孔隙增加越慢, 充水中大孔隙增加越快。入渗前后对比发现, 试样初始含水率越高, 微小孔隙增加比例越小, 颗粒间接触方式变化越不明显; 干密度越大的试样不同孔隙体积基本按等量变化, 接触面积明显减少, 形成更多的架空孔隙, 连通性较好, 具有较好的储水能力。入渗后试样原本的致密结构丧失, 颗粒破碎严重, 部分细长状颗粒向似椭圆状颗粒演化, 颗粒间接触方式变为点边接触, 粒间胶结作用遭受损伤破坏, 甚至部分团粒中颗粒分离、脱落, 使得土体强度丧失, 最终导致滑坡发生。研究结果可为黄土滑坡的防治提供依据。 相似文献
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赣南地区花岗岩残积土边坡在降雨等作用下易发生失稳破坏,研究其非饱和特性对该地区的地质灾害防治具有重要意义.采用 X粉晶衍射、扫描电镜等方法对赣南地区的二长花岗岩残积土和黑云母二长花岗岩残积土的矿物成分、微观结构进行了分析,结果表明:残积土的孔隙率较大,矿物成分主要为高岭石、伊利石和石英.采用三轴固结不排水剪切试验和瞬态脱湿与吸湿试验对其力学性质和非饱和特性进行了研究,结果表明:２类残积土的应力－应变关系曲线均存在应力－应变转型现象;在脱湿过程和吸湿过程中,残积土的土－水特征曲线、渗透系数函数曲线均存在滞后效应,基质吸力随含水率增大而减小,渗透系数随含水率增大而增大,二长花岗岩残积土对水的敏感性相对更高;残积土非饱和抗剪强度随含水率的升高而降低,在残余含水率处变化速率较快;二长花岗岩残积土抗剪强度的变化幅度比黑云母二长花岗岩残积土更大. 相似文献
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层状页岩的微观非均质性及力学各向异性对研究井壁稳定以及水力裂缝扩展形态具有重要意义。为了向页岩优化钻井、压裂工艺参数提供一定的理论和试验依据,对沿不同角度取心的页岩试样开展单轴压缩实验,配合场发射扫描电镜、原子力显微镜观测实验和波速测试等,研究龙马溪组层状页岩微观非均质性及力学各向异性特征,并讨论这些物理力学特征对水力裂缝形态的影响规律。结果表明:受层理面的影响,龙马溪组页岩呈现出较强的微观非均质性和宏观力学各向异性特征。具体的,微观孔隙结构特征方面,随着观测方向与层理方向之间夹角β的增大,微观孔隙结构的发育程度逐渐增加,说明气体的储集和空间呈增加趋势;宏观力学特征方面,单轴压缩条件下,随着加载方向与层理方向间夹角θ的增加,页岩试样的破坏模式从贯穿层理面的张拉破坏,先转变为剪切破坏,再变为劈裂-剪切混合破坏;龙马溪组层状页岩的单轴抗压强度、泊松比随着θ的增加呈现出先减小后增大的"U"形各向异性模式,弹性模量、横纵波速则逐渐减小,胶结程度较弱的页岩层理面会先于基质体发生破坏,进而显著影响岩石整体的力学性质;页岩微观非均质性及力学各向异性特征在一定程度上影响压裂过程中水力裂缝的扩展行为,以及停泵后压裂液的渗流路径。研究结果可为页岩压裂工艺参数优选提供一定依据。 相似文献
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花岗岩在不同含水率条件下的变形破坏特征和机制对此类工程岩体稳定性评价具有重要的意义。开展不同含水率黑云母二长花岗岩单轴压缩试验,分析破坏特征和应力-应变曲线特征,开展断口扫描电镜试验,分析微观形貌特征,研究破坏机制。试验结果表明:黑云母二长花岗岩具有明显的应变软化特征;随含水率增大,曲线上微裂隙压密阶段长度逐渐增加,稳定破裂阶段及非稳定破裂阶段长度均逐渐缩短,但所占比例增大,曲线上峰前阶段涨落交替现象加剧;饱和时单轴抗压强度和弹性模量相比干燥时分别降低了40.68%,20.3%;变形破坏过程可大致分为以下5个阶段:平静期、裂纹萌生期、裂纹扩展伴随颗粒弹射期、片状碎片剥落伴随颗粒弹射期及崩落式破坏期;随含水率增大,花岗岩破坏时的剧烈程度、发出的声响及脆性程度均逐渐降低;花岗岩破坏机制为拉-剪复合破坏,低含水率时以压致拉张破坏为主,随含水率增大呈现拉张破坏减少而剪切破坏增多的趋势,饱和时以剪破坏为主。研究结果可为黑云二长花岗岩与水之间的耦合模型构建提供理论支撑,对水-岩耦合环境下工程岩体稳定性分析具有重要科学意义。 相似文献
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通过岩心观察、岩石和铸体薄片、扫描电镜、X衍射和物性分析及鉴定,对准噶尔盆地西北缘玛东地区二叠系下乌尔禾组(P2w)储层的成岩作用过程和成岩演化历史进行了研究,总结了研究区储层成岩作用与孔隙演化模式。通过储集岩成岩特征和孔隙类型的研究可知玛东地区下乌尔禾组已达到中成岩阶段A期-中成岩阶段B期,储集岩经历了压实、胶结、溶蚀、交代等多种成岩作用,压实作用和胶结作用导致原生孔隙遭受破坏,储集性能变差,孔隙损失分别达23.24%和4.54%;火山岩岩屑、沸石、碳酸盐类胶结物的溶蚀,刚性颗粒的破裂及成岩收缩是形成次生孔隙的主要因素,孔隙增生量达3.25%;黏土矿物和含铁方解石的后期充填是次生孔隙遭受破坏的主要原因。 相似文献
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为研究融雪作用下黄土-卵砾石接触面残余强度,以新疆伊犁谷地某黄土-卵砾石接触面滑坡为例,通过自制模具,制作黄土-卵砾石接触面环剪试样,开展不同含水率黄土-卵砾石接触面环剪试验,并通过扫描电镜（SEM）,从微观结构角度探究水对黄土-卵砾石接触面残余强度的影响。试验结果表明:黄土-卵砾石接触面抗剪强度随着含水率的增加而减小,剪切过程中存在应变软化现象,随着正应力及含水量的增加,应变软化现象越不明显;黄土-卵砾石接触面残余强度随着法向应力的增大而增大,且存在较好的线性关系,符合摩尔库伦强度准则;黄土-卵砾石接触面残余强度参数随着含水率的增加而降低,以含水率w=18%为界（塑限含水率19.1%附近）,当含水率为10%~18%时,残余内摩擦角φr变化较小（Δφr=5.4°）,当含水率为18%~26%时,残余内摩擦角φr变化较大（Δφr=9.0°）;微观结构方面,随着含水率的增加,黄土-卵砾石接触面形成软化"泥膜",部分填充了卵砾石凹凸部分,剪切面较为光滑,在剪切过程中,黏粒更加分散,附着在黄土颗粒表面,部分填充孔隙,起润滑作用,降低了残余强度。本文的研究成果可以为新疆伊犁谷地黄土-卵砾石接触面型滑坡形成机理研究及工程防治提供科学参考。 相似文献
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地震前兆特征与岩样剪切应变率异常数值模拟 总被引：6，自引：0，他引：6
王学滨 《大地测量与地球动力学》2005,25(1):102-108
利用拉格朗日元法(FLAC)模拟了岩样的宏观力学行为、剪切应变率异常及演化。在峰值强度岩石的本构模型分别取线弹性模型及应变软化模型的条件下,得到如下结论：1)在弹性阶段之后,应力-时步曲线具有一定的周期性。与地震复发的周期性类似。在加载过程中,形变场由均匀逐渐向不均匀转变．最终形成交叉的剪切带网络。被该网络所包围的试样中部可视为背景空区．在空区之外,地震群比较活跃。在应变硬化阶段。可以从未来震源观测到前兆一剪切应变率异常条带。2)在中期阶段之后,空区内地震活动的开始增强明显要比空区外地震活动增强晚。地震的迁移是由外向内。3)短期阶段则相反：在硬化阶段．剪切带内外的剪切应变率的差别不很显著。试样处于相对平静状态。在软化阶段,若采用剪切应变率最大的位置作为震源．可确定震源在试样的中部。源兆和场兆都集中在老断层上。 相似文献
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库岸滑坡受到库水升降作用影响, 内部渗透压力会产生周期性的变化。动态渗透压力会导致滑带结构与强度产生劣化, 进而影响滑坡整体稳定性。为揭示滑带在渗透作用下的结构演变特征, 通过室内渗流试验结合CT扫描技术获取了黄土坡滑坡滑带在不同渗流条件下的细观结构特征, 采用Avizo软件量化滑带细观结构参数, 定量分析了不同渗透条件下滑带结构的演变规律。结果表明, 滑带的渗透系数随渗流时长的增加而呈指数形式下降, 且水力梯度越大最终试样的渗透系数越小; 连续的CT重构图像显示渗流过程中部分黏土团聚体发生解体, 大孔隙被附近的细颗粒逐渐充填, 试样结构的宏观均一性增强; 统计数据表明滑带土的表观孔隙率由5%下降到了1%, 等效直径小于80 μm的孔隙占比随渗流时长的增加而增多, 而等效直径大于80 μm的孔隙占比随渗流时长的增加而减少。结果证明周期性渗透作用会影响滑带内孔隙结构的分布特征, 细观上表现为大孔隙被小颗粒充填, 导致渗流通道变得细长而弯曲, 孔隙的有效连通性被削弱, 宏观上表现为渗透系数随渗流时长的增加而降低。 相似文献
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三峡库区广泛分布侏罗系红砂岩, 在水库运行期间红砂岩的渗流-应力耦合特性关乎库区内多数滑坡和岩质边坡的稳定性。借助岩石多场耦合三轴试验系统, 对三峡库区侏罗系红砂岩开展了不同围压、不同渗透压下的三轴压缩试验, 系统研究了红砂岩的三轴压缩力学特性和渗透率演化特征。研究结果表明: ①红砂岩的峰前应力-应变曲线可分为孔隙压密阶段、弹性变形阶段、微裂隙稳定发展阶段和非稳定发展阶段。红砂岩的力学参数与渗透压的关系呈负相关, 与围压呈正相关。②随着围压升高, 红砂岩的破坏模式由张拉破坏过渡到剪切破坏。③不同渗透压下, 渗透率曲线呈平稳发展→缓慢上升→快速上升3阶段演化规律; 不同围压下, 渗透率曲线先降低后升高。④从能量角度分析了渗透压和围压对岩石的作用, 验证了渗流对岩石的劣化效应以及围压对裂纹发展的抑制作用。本试验对鲜有报道的侏罗系红砂岩的强度、变形和渗透特性做了系统的研究, 对渗流-应力耦合课题有补充意义。其工况根据三峡库区边坡岩体的应力水平来确定, 试验结果对分析库区边坡稳定性具有指导意义。 相似文献
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黄土因饱水静态液化而发生突发性失稳破坏，易造成人员伤亡和财产损失。按照颗粒级配的不 同，中国黄土分为砂质、粉质和黏质黄土，不同区域的黄土具有不同的静态液化特性。利用 ＧＤＳ三 轴 试 验 系 统，对陕西神木砂质黄土区（Ｑ３ 黄 土）、甘 肃黑方台粉质黄土区（Ｑ３ 黄土）和陕西泾阳黏质黄土区（Ｑ２ 黄土）原状饱和黄土进行了等向固结不排水三轴剪切（ＩＣＵ）试验，研究了初始孔隙比和颗粒级配对原状黄土静态液化能力的影响。试 验 结 果 表 明:①３个地区的饱和原状土的应力－应变关系均为软化型，在中低围压下泾阳饱和原状黄土不发生液化，仅表现出弱软化现象；②中低围压下，初始孔隙比是影响原状黄土静态液化的主要因素，高围压下，初始孔隙比的影响逐渐减小，颗粒级配成为影响原状黄土静态液化的主要因素。 相似文献
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《东北石油大学学报》2020,(1)
以广东茂名盆地油柑窝组富有机质页岩为例,采用氩离子抛光—场发射扫描电镜(AIP-FESEM)图像处理技术(Image Processing)、MATLAB软件,对微观孔隙进行定量统计,预测页岩微观孔隙发育特征。结果表明:研究区样品大量发育微纳米孔,包括有机质孔、粒间孔、粒内孔及微裂隙。页岩孔隙度低,约为1.56%。孔隙中,粒间孔最发育,孔隙率占比为94.82%,孔径为0.01～2.40μm;其次为有机质孔,孔隙率占比为4.22%,孔径为0.01～10.00μm,其中60%的孔隙孔径在50 nm以下;粒内孔最不发育,孔隙率占比小于1.00%。受沉积环境及储层成岩作用的影响,油柑窝组有机质及有机孔隙演化程度低,有机质成熟度介于0.40%～0.55%,与龙马溪组页岩储层相比,发育最广泛的纳米孔类型为矿物孔隙而非有机质孔,有机质质量分数与热演化程度是塑造优质页岩储层孔隙系统的关键因素。该结果可为低成熟度富有机质页岩储层孔隙结构演化提供依据。 相似文献
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根据高应力区砂岩三轴压缩试验和峰前卸围压试验的结果,分析了砂岩在不同应力路径下的能量变化规律。试验结果表明,相同围压下,峰前卸围压试验的各能量指标(总吸收能、弹性应变能、耗散能)均小于三轴压缩试验,能量变化特征与其初始应力路径密切相关,且随围压的增大而增大。峰前储存的弹性应变能比耗散能多,耗散能只在临近峰值点处才迅速增加。能量的耗散会导致岩石产生损伤,并且使岩性劣化、丧失强度,从能量角度定义的损伤变量,可以得出结论:开始卸荷低围压下的损伤变量大于高围压下,临近破坏时高围压下的损伤变量大于低围压下;卸围压使岩样束缚减小,加速了损伤的发展,岩样所受的应力状态愈趋不平衡。因此,基于能量的角度来表征岩石的损伤演化更符合实际。 相似文献
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利用福建沿海地区GPS基本网2003—2010年4期观测资料,运用GAMIT/GLOBK软件及块体整体旋转线性应变模型,得到了各站相对于整个块体的形变速度和块体上的应变图像。结果显示:福建沿海地区具有一致的东南向运动,大小在35 mm/a左右;邵武-河源断裂带附近的剪切应变较大,政和-海丰断裂带与永安-晋江断裂带交汇处剪切应变相对较小,长乐-诏安断裂带从南到北的剪切应变经历了一个南弱北强到南强北弱的变化过程,政和-海丰断裂带和永安-晋江断裂带交汇处最大和最小主应变由压应变转为张应变;福建地区从西北到东南沿海经历了由张到压-由压到张-由张到压的变化过程。 相似文献
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岩石蠕变特性对岩体工程的长期稳定有着重要影响, 尤其是在酸雨等水化学作用下, 岩石的细观结构遭到破坏, 蠕变特性及变形更为显著。以重庆二佛寺红层砂岩为研究对象, 通过开展室内三轴压缩分级蠕变试验, 研究了酸腐蚀状态下砂岩的蠕变特性。结果表明: 酸的腐蚀和浸泡会使砂岩内部孔隙增加, 导致砂岩在第一级荷载下会产生较大的瞬时应变和蠕变量, 之后瞬时应变量和蠕变量随着应力增加而增大; 岩样受到腐蚀软化, 蠕变破坏强度为抗压强度的76%, 长期强度仅为抗压强度的54%。为了描述蠕变全过程, 建立了一个损伤蠕变模型来拟合试验数据, 验证了其适用性, 可以为岩土工程建设的稳定性提供参考。 相似文献
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依据大量的岩心、岩石薄片、铸体薄片、扫描电镜及X 射线衍射等资料,对涠洲A油田流三段扇三角洲储层岩石学特征、成岩作用类型、成岩阶段及孔隙演化特征进行了分析。研究结果表明:流三段地层经历了压实、胶结、交代、溶蚀等多重成岩作用的改造,已达到中成岩阶段A2期。通过地层埋藏史模拟及孔隙演化分析认为,42 Ma年之前,地层以压实作用为主,伴随少量的胶结作用,压实与胶结作用的双重破坏使原生孔隙下降8%左右;42～35 Ma,有机质成熟生烃并释放有机酸导入地层,同时由于不稳定矿物的溶蚀作用导致次生孔隙发育,储层孔隙度增加3.2％左右;35 Ma以后,以胶结、交代作用为主,晚期碳酸盐及石英次生加大,导致次生孔隙遭受破坏。成岩过程中的孔隙演化对流三段储层物性好坏起着重要的控制作用,压实和溶蚀作用分别作为研究区主要破坏性成岩作用和建设性成岩作用,直接影响着孔隙度的发育。 相似文献
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为了揭示在地下水头升降过程中西安市承压含水层的物理及力学性质,采用自行设计的高压渗透固结试验设备模拟西安市承压含水层中细砂高压渗透,研究了在不同竖向压力和孔隙水压力条件下砂柱应变与时间的关系、应力与应变的关系以及砂样的渗透性,同时对比探讨了试验前后砂样微观结构。结果表明:孔隙水压力降低或竖向压力增大时,砂柱发生压缩变形且表现出分段线性的特点;在一定应力范围内,增大孔隙水压力,砂柱变形几乎没有发生回弹或者恢复。根据试验前后颗粒分析曲线、双目镜照相及电镜扫描照片的对比,可以推断砂样在压缩过程中除产生颗粒滑移和位置调整外,部分颗粒被压碎或压裂,由此导致了砂样在地下水头升降过程中颗粒级配发生改变、渗透系数急剧降低以及砂样在不同应力下表现出的分段线性、粘滞性和部分不可恢复等非完全弹性性质。 相似文献