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石膏岩淡水浸泡软化试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
《岩土力学》2017,(4):943-950
为了研究隧道施工过程中水对石膏岩的软化作用规律,以三叠系下统嘉陵江组地层中的石膏岩为研究对象,进行了不同时间的淡水浸泡软化试验研究,对石膏岩单轴抗压强度、抗剪强度、弹性模量以及泊松比随浸泡时间的变化规律进行分析。研究发现:随着浸泡时间的增长,石膏岩的单轴抗压强度、抗剪强度和弹性模量呈负指数下降趋势,而泊松比在一定条件下呈线性增加趋势;在损伤力学基础上,推导出了基于时间因素的石膏岩软化损伤演化方程,揭示了脆性系数与软化损伤变量之间的关系,建立了石膏岩在不同淡水浸泡时间下的软化深度模型,可用于判别穿越石膏层隧道开挖过程中围岩在地下水作用下的软化区域。 相似文献
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《岩土力学》2017,(10)
针对荆门市荆花石膏矿中留作矿柱的新鲜石膏岩进行天然和饱水两种状态下的单轴和三轴压缩试验,结合微观扫描电镜试验,研究石膏岩的强度和变形软化特性及机制。结果表明:石膏岩遇水会发生显著的强度和变形软化。随溶液中SO_4~(2-)、Ca~(2+)浓度不同,强度软化系数在0.6~0.72之间,弹性模量软化系数在0.66~0.75之间,凝聚力c显著下降而内摩擦角φ基本保持不变。石膏岩具有良好的延性,天然状态下峰后应变软化转为理想塑性变形的临界围压在2.5~5.0 MPa之间,经饱水软化后临界转换围压低于2.5 MPa。石膏岩遇水软化机制与其主要矿物成分二水硫酸钙的微溶性质密切相关。在蒸馏水中,石膏岩主要因溶解造成矿物流失,弱化内部结构而软化;在硫酸钙饱和溶液中,石膏矿物溶解-重结晶的动态平衡改变了岩石内部结构,使其疏松化,造成其力学性质发生软化。试验结果加深了对石膏岩遇水软化力学特性的认识,对石膏矿采空区稳定性分析具有重要意义。 相似文献
3.
泥岩夹层软化试验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
基于正交试验方案,研究了温度、卤水浓度及浸泡时间3个因素对泥岩夹层软化的影响规律。分别运用极差分析法和方差分析法对试验结果进行分析。对任意两个影响因素分别进行二元线性回归,根据其标准回归系数对泥岩夹层单轴抗压强度及弹性模量相对重要性比值构建判断矩阵,运用层次分析法计算各个影响因素的权值。试验结果表明：温度和浸泡时间在泥岩夹层软化过程中起着决定作用,影响权重达到98%以上;浸泡时间的影响最大,权重达到80%;卤水浓度的变化对泥岩夹层软化影响较微弱,在实际的工程中可以忽略不计。随着浸泡时间的延长和温度的升高,泥岩夹层内部裂隙逐渐被溶液侵入,单轴抗压强度和弹性模量呈递减趋势。鉴于卤水浓度影响甚微,仅利用温度和浸泡时间建立了软化方程。 相似文献
4.
泥质砂岩属于黏土岩,具有典型的遇水软化特征。在泥质砂岩富水地层中进行隧道开挖是地下工程的一个挑战性问题。研究了围岩软化与未软化条件下泥质砂岩地层中输水隧洞的稳定性和支护时间。首先,介绍了泥质砂岩遇水软化的力学试验结果;然后,采用基于Hoek-Brown强度准则的岩体参数评价方法,评估泥质砂岩在围岩软化与未软化条件下的力学参数;再后,以兰州水源地引水隧洞为依托工程,采用数值模拟方法对泥质砂岩隧洞软化与未软化工况的围岩稳定性进行了计算分析,得出泥质砂岩遇水软化对隧洞安全性存在显著影响;最后,采用位移收敛法,研究了泥质砂岩软化与未软化工况中,保障隧洞施工安全的合理支护时机。研究表明,泥质砂岩未软化工况中,可考虑隧道围岩初期支护在距掌子面4～5 m位置实施;而在泥质砂岩遇水软化工况中,初期支护建议在掌子面开挖后立刻支护。研究成果可为泥质砂岩地层隧洞的安全施工提供依据。 相似文献
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化学侵蚀下硬脆性灰岩变形和强度特性的试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
通过硬脆性灰岩在不同pH值、0.1 mol/L和Na2SO4和CaCl2溶液以及蒸馏水浸泡后的的常规三轴压缩试验,分析了受化学腐蚀作用的灰岩在不同围压下的变形及强度特性,探讨了三轴强度参数及变形参数的变化规律,并对浸泡岩石的化学溶液进行水质检测,得到了化学溶液中各离子浓度的变化规律,初步分析了化学溶液对灰岩力学特性影响的机制和规律。试验表明：化学溶液浸泡后,灰岩有从脆性向延性转化的趋势;灰岩的强度参数 , 值及弹性模量E均有不同程度的下降,而泊松比则增大;在相同的化学溶液侵蚀下,弹性模量和凝聚力降低幅度最大;灰岩力学参数劣化的程度与从灰岩中溶出的离子浓度的大小具有一定的对应关系：从灰岩中溶出的离子浓度越高,其力学参数劣化程度越大。 相似文献
6.
文章对石膏原岩在静水溶蚀条件下的时间-温度效应进行了初步研究,并从微观角度对石膏岩溶蚀破坏机理进行分析。试验发现随着溶液温度的升高、溶蚀时间的延长,石膏岩溶蚀破坏加剧。具体表现为:石膏岩失重率随温度升高、时间延长而增大,溶蚀速率均值随温度升高而增大;溶液中Ca^2+浓度随温度升高、时间延长而增大,Ca^2+浓度增长速率均值随温度升高而增大。Fick扩散及溶胀应力是石膏岩溶蚀破坏的主要原因。静水溶蚀条件下,石膏原岩主要溶蚀破坏形式为:溶胀裂缝、柱状劈裂及片状剥离。 相似文献
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为了研究温度周期循环作用对蚀变岩力学性质的影响,以蚀变岩为试验对象进行了温度周期循环条件下的岩石力学试验,在分析试验数据的基础上建立了函数表达式来描述温度作用下蚀变岩力学参数劣化的规律。试验结果表明:在温度周期循环作用下蚀变岩力学参数发生劣化现象,且温度周期循环次数越多劣化现象越明显;随着温度周期循环次数的增多,峰值强度、弹性模量和抗拉强度均减小,泊松比基本不变;蚀变、碎裂程度越大的岩石对温度周期循环作用越敏感,循环20次后,抗拉强度累积损伤率最大为42.38%,峰值强度累积损伤率最大为34.69%,弹性模量累积损伤率最大为29.57%;蚀变岩力学参数值及其累积损伤率随温度周期循环次数的变化关系均服从指数分布。 相似文献
8.
杨家坪隧道施工过程中,软岩大变形不同程度地造成边墙内挤侵限、初期支护和二次衬砌严重变形破坏。为了揭示杨家坪隧道软岩大变形的成因机制,综合工程地质勘察、现场监控量测、室内岩石力学试验、数值模拟和微观分析等手段对其进行综合研究。现场监测结果显示发生大变形的区段与隧道渗水有关,室内物理力学试验表明,千枚岩的纵波波速随浸泡时间变化衰减了2.04% ~5.85%,当充分浸泡28 d后,其单轴抗压强度和弹性模量与天然状态相比分别降低了59.56%和69.68%,说明千枚岩遇水后结构产生了损伤劣化。通过X射线衍射进行矿物成分检测,进一步分析了水岩作用造成隧道围岩强度降低的微观原因。根据现场地应力测试及初始地应力场反演分析可知,杨家坪隧道轴线92.08%的区域处于高到极高地应力状态。此外,高陡倾薄层状千枚岩地层的工程力学特性,以及水和千枚岩的相互耦合作用是杨家坪隧道围岩大变形的主要原因。 相似文献
9.
《岩土力学》2017,(7):1933-1942
国内盐岩矿床的典型特征是夹层多,其中云应、平顶山地区多为石膏夹层。盐岩储库在建造和运行过程中,夹层会浸泡在卤水和石油中。为了研究石膏夹层在腐蚀条件下的断裂韧度和弱化损伤机制,采用国际岩石力学学会建议的V形切槽巴西圆盘试验(CCNBD)试件,分别将其浸泡在淡水、半饱和卤水、饱和卤水和酸性石油中,温度分别为20℃、50℃、80℃,浸泡时间为1个月,并与干试件进行对比。研究结果表明:同一种液体浸泡后,石膏的断裂韧度随着温度的升高而急剧下降,而同一温度下,石膏的断裂韧度随着卤水的浓度增大基本不变。水和卤水浸泡后的石膏断裂韧度变化程度要大于酸性石油。石膏在水和卤水浸泡后的弱化机制是由于水-温度-氯离子的作用,其中水-温度的作用占主导,氯离子的侵蚀作用较小;酸性石油浸泡后的弱化机制是因为温度破坏了氢键及受热膨胀,同时另一原因是石膏和酸性石油(环烷酸)发生弱反应。环烷酸和石膏发生环烷酸钙,而环烷酸钙溶于油相有利于反应正向进行。上述研究对评估盐岩储库的稳定性及其密闭性具有重要意义。 相似文献
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为研究石膏岩的水致老化效应,在室内模拟石膏矿采空区的水环境条件,包括不同空气湿度环境和饱和地下水环境。将石膏岩岩样置于其中,定期取出测定其力学性质指标,得到石膏岩老化的宏观力学表现,并结合核磁共振技术测定试验过程中石膏岩岩样内部的孔隙结构变化,分析石膏岩的水致老化机制。研究结果表明,水对石膏岩的老化效应具有显著的影响。老化程度随时间递增,石膏岩的单轴抗压强度、巴西抗拉强度和弹性模量与置于水环境中的时间基本呈负指数关系,泊松比则无明显变化规律;石膏岩老化程度和老化速率与水的状态密切相关。相对湿度越高,石膏岩的老化越显著,老化速率也更快,尤其是被液态水浸泡时,石膏岩的老化最显著,老化速率最快。水对石膏岩的老化过程是水的物理作用与化学作用的耦合,而化学作用是水致石膏岩老化的根本原因。石膏岩与水接触时,石膏的溶解、重结晶作用的不断进行改变着石膏岩的矿物组成结构,使其结构由紧密变得松散,孔隙率增大,力学性质不断弱化。该试验研究结果可为石膏矿开采的设计及采后空区的长期稳定性评估提供参考。 相似文献
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水岩作用下泥质板岩表现出明显的软化特征。通过单轴压缩试验分析了泥质板岩软化过程中单轴压缩强度、弹性模量和泊松比与吸水时间之间的关系；借助核磁共振试验研究了水岩作用下泥质板岩软化过程中孔隙的产生、扩展和贯通规律，分析了泥质板岩软化过程中孔隙度与吸水时间之间的关系；采用电镜扫描试验分析了水岩作用下泥质板岩软化过程中微观结构的演变规律，基于分形理论研究了不同浸泡时间下泥质板岩分形维数的变化规律；运用非线性动力学理论，选取微观结构孔隙形状分维值、孔隙度、单轴抗压强度、弹性模量作为描述泥质板岩与水溶液相互作用系统的变量，建立了水岩作用下泥质板岩的软化模型，结合试验数据验证了模型的适用性。结果表明：泥质板岩单轴抗压强度、弹性模量随吸水时间增大而减小，呈负线性相关，而泊松比与吸水时间之间的关系不明显；在浸泡初期，水岩作用强烈，泥质板岩内部微孔隙会发生扩展贯通进而形成更大尺寸的孔隙，孔隙度在浸泡初期增长较快；随着浸泡时间的延长，水岩作用减弱，孔隙度增长速率趋缓；随着吸水时间的推移，泥质板岩内部孔隙相互连通，进而形成复杂网状结构的大孔，泥质板岩分形维数呈对数增长，最终趋于稳定；采用非线性模型计算的结果与试验数据较接近，说明泥质板岩的软化过程具有明显的非线性动力学特征，利用非线性动力学模型可以较好地表征水岩作用下泥质板岩的软化规律。研究成果可为软岩?水相互作用理论研究提供参考。 相似文献
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圆形硐室岩爆的折迭突变模型 总被引：8，自引：3，他引：5
均匀围压下圆形硐室岩爆是传统意义上的软化区内岩环经过塑性变形局部化阶段完成的。当处于极限状态的塑性变形集中区承载能力下降时, 岩环中相对完好部分以弹性方式卸载,当后者释放的弹性能超过前者塑性变形所耗散的能量时便发生岩爆。简捷地通过等效应力 和等效应变 关系建立突变模型对硐室岩爆进行了分析, 将状态变量 用软化区半径 来表示。分析表明: 岩爆发生条件与硐室岩体的升降模量比 和岩体裂隙发育程度 的乘积有关; 对于特定冲击倾性的岩体,存在对应的临界软化区深度 , 即软化区深度达到 时便发生岩爆;还给出硐室岩爆释放地震能等计算式,岩爆释放的地震能量级则与硐室软化区深入程度有关。 相似文献
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为了研究钙芒硝盐岩在水热综合作用下强度等参数的衰减规律,通过自行研制的实验装置,模拟了钙芒硝盐岩在30~70℃温度的蒸馏水中的浸泡实验。在浸泡40d过程中,测试了钙芒硝盐岩的单轴抗压强度、弹性模量、纵波波速、破坏模式等参数,总结了浸水前后钙芒硝盐岩参数随时间、温度的变化规律;通过偏光显微镜对比观察了在浸泡前后钙芒硝盐岩微观结构的变化特征;分析了成分、结构、时间、温度等因素对钙芒硝盐岩强度等参数衰减的影响。研究结果表明:(1)钙芒硝盐岩强度随浸泡时间的增加衰减剧烈。浸泡7d后,钙芒硝盐岩强度衰减为初始强度的50% ~72%。浸泡30~40d后,钙芒硝盐岩强度衰减至初始强度的10%以下。(2)钙芒硝盐岩在长时间的浸泡过程中,主要是其中的可溶成分的溶解、溶蚀作用导致了钙芒硝盐岩结构的劣化。(3)在实验温度(30~70℃)范围内,钙芒硝等矿物的溶解过程大致经历了溶解度先增大后减小的过程,钙芒硝盐岩强度存在先减小后增大的变化,但在相同浸泡时间下各浸泡温度间强度差值小于初始强度的10%,钙芒硝盐岩强度随浸泡温度(30~70℃)变化不大。论文研究成果深化了盐渍岩土,尤其是钙芒硝盐岩水岩相互作用的认识,同时也为盐渍岩土工程问题提供了理论参考。 相似文献
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非线性硬化与非线性软化的巷、隧道围岩塑性分析 总被引：2，自引：0，他引：2
在符合岩体实际的弹性、应变非线性硬化和具拐点的非线性软化的三段式光滑连接应力-应变关系条件下,求得静水压力下圆形巷、隧道围岩塑性硬化区和软化区的应力分布表达式。证明了所求得的巷道围岩径向和切向应力曲线在硬化区半径 和软化区半径 处均光滑连接,特别是所求得的切向应力 - 曲线没有尖峰向上的应力集中,此结果与日本学者久武胜保的试验结果一致。指出基于理想弹、塑性本构模型的Kastener解有明显缺陷,其 - 曲线尖峰向上的应力集中与实际不符。 相似文献
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为深入探究岩体非线性软化应变特性对隧洞围岩力学行为的影响,提出了一种考虑软化系数的岩体弹塑性软化模型,并推导了圆形隧洞围岩应力-应变的求解方法。然后,通过将本文方法与Brown方法、换算后的Mohr-Coulomb屈服准则方法进行对比,验证了本文方法的合理性。最后,探究了软化系数对围岩变形及支护压力影响规律。结果表明：软化系数较大时,采用弹塑性软化模型与弹脆塑性模型算得结果基本相同;对围岩变形及稳定性起主要控制作用的是松动区域范围;控制塑性区域出现时的临界支护压力在数值上与弹塑性区域交界处径向应力是相等的。 相似文献
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考虑塑性应变率梯度的单轴压缩岩样轴向响应 总被引：9，自引：7，他引：2
基于剪切应变率梯度格式,采用解析方式研究了岩石材料在单轴压缩条件下的应变软化的结构响应。根据非局部连续介质模型,提出了一维二阶剪切应变率梯度格式。非局部剪切应变率与局部剪切应变率及其二阶梯度有关。将经典塑性理论中的局部剪切应变率替换为非局部剪切应变率,可以直接得到局部剪切应变率的封闭解析解,而不必通过将局部剪切应变对时间求导获得。通过对局部剪切应变率积分,得到了沿剪切带方向的相对剪切速度。试件峰值强度后的端部速度由弹性及塑性两部分构成。前一部分由虎克定律描述;后一部分与相对剪切速度有关。对弹性及塑性两部分速度求和,得到了单轴压缩岩样剪切破坏问题轴向响应的解析式。研究表明：试样高度越大、内部长度越小、剪切软化模量越大及泊松比越小,则岩样的轴向响应倾向于脆性。根据岩样与矿柱的相似性,岩样响应倾向于脆性,意味着矿柱将失去稳定性,发生矿柱岩爆。目前的基于剪切应变率梯度格式的主要优点是简洁。 相似文献
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基于Hoek-Brown准则的隧洞围岩变形研究 总被引：1，自引：0，他引：1
由于在许多实际条件下,比如节理岩体中,线性的M-C准则不太适用,非线性的Hoek-Brown比较适用,因此,可以尝试使用这一非线性屈服准则对洞室变形进行研究。研究隧洞变形时,将围岩分为弹性区、应变软化区、塑性流动区。采用Hoek-Brown准则和非关联流动法则对洞室变形进行了理论推导;软化区域围岩参数随着塑性变形增加而变化,解析法难以求得应力,采用龙格－库塔方法进行数值计算,求解得到塑性软化区和流动区半径,并最终求得洞室变形。通过算例计算表明,在不考虑软化区和流动区时,方法和Carranza-Torres计算结果相差甚小;随着原岩应力的增加,膨胀角对洞室变形的影响增大。 相似文献