武廣高鐵弱風(fēng)化泥質(zhì)板巖工程特性試驗(yàn)研究

利用instron1346電液伺服控制試驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)湘西南地區(qū)典型砂質(zhì)板巖進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),重點(diǎn)分析了砂質(zhì)板巖內(nèi)部定向?qū)永砣趺鎸?duì)板巖強(qiáng)度和變形特征的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,砂質(zhì)板巖力學(xué)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(shí),全程應(yīng)力應(yīng)變曲線存在明顯的壓密變形階段,抗壓強(qiáng)度最高,破壞模式為與層面斜交的壓剪破壞。當(dāng)弱面與水平面垂直(夾角90°)時(shí),初始?jí)好茏冃瘟枯^小,峰前主要為線彈性變形,峰值強(qiáng)度比夾角0°低48%,板巖強(qiáng)度各向異性系數(shù)為0.68。砂質(zhì)板巖各向異性力學(xué)特性的試驗(yàn)研究為解決工程技術(shù)問(wèn)題提供了基本參數(shù)。

針對(duì)未改良和水泥改良的泥質(zhì)板巖砂土,利用振動(dòng)三軸儀開展不同加載頻率和圍壓作用下的循環(huán)振動(dòng)加載試驗(yàn),研究土的動(dòng)彈性模量、阻尼比、動(dòng)力強(qiáng)度和動(dòng)力累積變形等參數(shù)的變化規(guī)律,對(duì)比改良土和未改良土的試驗(yàn)結(jié)果,分析和評(píng)價(jià)改良效果。研究結(jié)果表明：改良土的動(dòng)應(yīng)力與動(dòng)應(yīng)變關(guān)系骨干曲線為雙曲線;改良土阻尼比隨動(dòng)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(dòng)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(dòng)彈性模量隨加載頻率增大而增大,但加載頻率對(duì)最大阻尼比的影響不大;改良土動(dòng)應(yīng)力強(qiáng)度和破壞振次的對(duì)數(shù)呈線性遞減關(guān)系;水泥改良后,泥質(zhì)板巖土的動(dòng)力強(qiáng)度和初始動(dòng)彈性模量顯著提高,而最大阻尼比變化不大。改良土動(dòng)力變形穩(wěn)定性比未改良土的強(qiáng)。

針對(duì)未改良和水泥改良的泥質(zhì)板巖砂土,利用振動(dòng)三軸儀開展不同加載頻率和圍壓作用下的循環(huán)振動(dòng)加載試驗(yàn),研究土的動(dòng)彈性模量、阻尼比、動(dòng)力強(qiáng)度和動(dòng)力累積變形等參數(shù)的變化規(guī)律,對(duì)比改良土和未改良土的試驗(yàn)結(jié)果,分析和評(píng)價(jià)改良效果。研究結(jié)果表明:改良土的動(dòng)應(yīng)力與動(dòng)應(yīng)變關(guān)系骨干曲線為雙曲線;改良土阻尼比隨動(dòng)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(dòng)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(dòng)彈性模量隨加載頻率增大而增大,但加載頻率對(duì)最大阻尼比的影響不大;改良土動(dòng)應(yīng)力強(qiáng)度和破壞振次的對(duì)數(shù)呈線性遞減關(guān)系;水泥改良后,泥質(zhì)板巖土的動(dòng)力強(qiáng)度和初始動(dòng)彈性模量顯著提高,而最大阻尼比變化不大。改良土動(dòng)力變形穩(wěn)定性比未改良土的強(qiáng)。

板巖水理特性試驗(yàn)研究 摘要：在水的作用下，板巖極易發(fā)生崩解和軟化，進(jìn)而出現(xiàn)強(qiáng)度降低。本文 針以懷通高速公路正團(tuán)沖隧道風(fēng)化板巖為研究對(duì)象，通過(guò)電鏡實(shí)驗(yàn)、崩解特性試 驗(yàn)、軟化試驗(yàn)，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(hù)提供了技術(shù)支持。 關(guān)鍵詞：板巖；水理特性；試驗(yàn)；開挖和支護(hù)；技術(shù)支持 巖石遇水作用后，會(huì)引起某些物理、化學(xué)和力學(xué)等性質(zhì)的改變，水對(duì)巖石的 這種作用特性稱為巖石的水理性。水對(duì)板巖及結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生物理化學(xué)作用，將產(chǎn)生 膨脹、崩解等現(xiàn)象，減弱了板巖的力學(xué)性質(zhì)。板巖在飽水條件下，力學(xué)性質(zhì)將發(fā) 生大幅度的降低，尤其是對(duì)于含有粘土礦物特別是膨脹性礦物、易溶性礦物或有 機(jī)質(zhì)的板巖，其影響更甚。本文針以懷通高速公路正團(tuán)沖隧道風(fēng)化板巖為研究對(duì) 象，通過(guò)電鏡實(shí)驗(yàn)、崩解特性試驗(yàn)、軟化試驗(yàn)，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(hù)提供了技術(shù)支持。

目前,對(duì)于考慮含水劣化的軟巖蠕變力學(xué)特性研究存在一定的局限性。針對(duì)此問(wèn)題,以滬昆客運(yùn)專線長(zhǎng)昆湖南段姚家隧道施工期泥質(zhì)板巖的蠕變問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn),通過(guò)三軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)分析應(yīng)力狀態(tài)及吸水率對(duì)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(jí)數(shù),在ansys軟件中驗(yàn)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(jìn)入等速及加速蠕變階段的進(jìn)程加快;應(yīng)力差的增大預(yù)示著泥質(zhì)板巖進(jìn)入等速及加速蠕變階段的進(jìn)程加快,時(shí)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(jì)算結(jié)果與三軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)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(qiáng)的實(shí)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(yàn)研究——以鄭州地區(qū)軟黏土為例，通過(guò)試驗(yàn)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(wú)關(guān)，次固結(jié)系數(shù)與壓縮指數(shù)的比值基本上是一個(gè)常數(shù)；超載預(yù)壓對(duì)淤泥質(zhì)軟...

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

風(fēng)化泥巖作為路基填料的試驗(yàn)研究——南京繞越高速公路方山區(qū)域廣泛分布風(fēng)化泥巖，文章對(duì)該風(fēng)化泥巖作為高速公路路基填料的問(wèn)題進(jìn)行研究。室內(nèi)試驗(yàn)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(wèn)題,利用室內(nèi)試驗(yàn)的方法,對(duì)不同水泥摻量下淤泥質(zhì)軟土強(qiáng)度及剛度隨時(shí)間變化的特性展開研究.結(jié)果表明:水泥摻量為2.5％時(shí),軟土強(qiáng)度略有降低;當(dāng)水泥摻量達(dá)到15％時(shí),無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及不排水抗剪強(qiáng)度增長(zhǎng)了40多倍,楊氏模量e增長(zhǎng)了250多倍;養(yǎng)護(hù)齡期為14d時(shí),強(qiáng)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(yàn)及理論依據(jù),并可作為類似工程的參考.

通過(guò)對(duì)強(qiáng)風(fēng)化泥巖的室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果分析,研究循環(huán)荷載作用下其動(dòng)力本構(gòu)關(guān)系及主要影響因素,分析動(dòng)彈性模量和阻尼發(fā)展特征,提出動(dòng)力本構(gòu)模型參數(shù)、動(dòng)模量衰減模型、阻尼增長(zhǎng)模型及其擬合參數(shù)。研究結(jié)果表明:強(qiáng)風(fēng)化泥巖的動(dòng)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(fù)線性相關(guān)性;天然含水率、干密度對(duì)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(dòng)彈性模量具有明顯的應(yīng)變軟化特征,變化趨勢(shì)滿足負(fù)指數(shù)衰減模型;阻尼比隨動(dòng)應(yīng)變的增大而增大,其變化趨勢(shì)滿足冪律函數(shù)關(guān)系,動(dòng)荷載作用下動(dòng)應(yīng)變的變化在一定范圍之內(nèi)滯后于動(dòng)應(yīng)力的變化。

針對(duì)武廣客運(yùn)專線沿線遇到的大量軟質(zhì)千枚狀板巖,對(duì)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(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究,重點(diǎn)分析千枚狀板巖的擊實(shí)工程特性,包括擊實(shí)特性、抗剪強(qiáng)度、回彈模量、cbr值、滲水特性、壓縮特性等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得出千枚狀板巖全風(fēng)化體抗剪強(qiáng)度性能較好,用其填筑路堤邊坡穩(wěn)定。就回彈模量來(lái)說(shuō),千枚狀板巖填料能滿足路堤在剛度和強(qiáng)度方面的要求。采用風(fēng)化軟巖填筑路基時(shí),當(dāng)難以通過(guò)增大擊實(shí)功來(lái)提高路基的填筑強(qiáng)度時(shí),可通過(guò)增加粗顆粒的含量,實(shí)現(xiàn)路基強(qiáng)度的提高。本文同時(shí)也為用軟質(zhì)風(fēng)化巖作路基填料的壓實(shí)度控制問(wèn)題提供依據(jù)。

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

針對(duì)曹妃甸工業(yè)區(qū)近海風(fēng)電工程,以濱海淤泥質(zhì)軟土為研究對(duì)象,應(yīng)用sem-eds-xrd技術(shù)進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)研究,結(jié)合宏觀固結(jié)特性試驗(yàn),確定濱海軟土微觀物理結(jié)構(gòu)與宏觀結(jié)構(gòu)強(qiáng)度關(guān)系。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)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(qiáng)度；揭示了微觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)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(duì)邊坡膨脹土進(jìn)行了物理特性、脹縮特性、強(qiáng)度特性、凍融特性等試驗(yàn).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(fù)相關(guān),與壓實(shí)度呈正相關(guān),壓實(shí)越緊密,其膨脹率越高;在臨界含水率以內(nèi)時(shí),膨脹土含水率與抗剪強(qiáng)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(duì)內(nèi)摩擦角的影響較小.

我國(guó)地形復(fù)雜且地質(zhì)多變,在許多重大隧道工程建設(shè)中,圍巖的復(fù)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(diǎn).本文以新建吉圖琿客專jhsvii標(biāo)段小盤嶺2號(hào)隧道為例,詳細(xì)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(guò)程、施工方法及取得效果.目前,國(guó)內(nèi)對(duì)于在此種條件下的大斷面隧道施工并無(wú)相關(guān)案例,文章所描述的方法不僅對(duì)吉圖琿鐵路具有重大意義,也可以為其他類似項(xiàng)目起到一定的指導(dǎo)和借鑒作用.

通過(guò)對(duì)大橋水庫(kù)工程風(fēng)化巖壩料的密度、單耗、沉降、級(jí)配、滲透系數(shù)等試驗(yàn)實(shí)測(cè)資料綜合整理分析,總結(jié)出了大橋水庫(kù)工程風(fēng)化巖壩料的工程特性。經(jīng)過(guò)大量的工程實(shí)驗(yàn)資料表明:將弱風(fēng)化巖體作為大橋水庫(kù)工程開采條件下最優(yōu)料源來(lái)使用,這一點(diǎn)與地勘資料提出的結(jié)論是完全一致的。

花崗巖在我國(guó)分布很廣泛,約占我國(guó)面積的9％,華東、華南地區(qū)花崗巖的風(fēng)化殼深厚,容易引發(fā)多種地質(zhì)災(zāi)害。由以往勘察、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)中反饋的信息表明,因風(fēng)化花崗巖引起路基工程方面的問(wèn)題較為突出。本文將風(fēng)化花崗巖的工程特性以及路基工程方面的問(wèn)題進(jìn)行了歸納,以便為今后花崗巖地區(qū)工程的勘察、設(shè)計(jì)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(jìn)而出現(xiàn)強(qiáng)度降低。針以懷通高速公路24標(biāo)邊坡全、強(qiáng)、中和弱風(fēng)化砂質(zhì)板巖為研究對(duì)象,進(jìn)行了崩解特性、軟化、無(wú)側(cè)限壓縮、剪切滲透性的系列試驗(yàn),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(qiáng)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(jìn)而發(fā)生崩解。風(fēng)化程度越高,崩解越強(qiáng)烈;②砂質(zhì)板巖水理性能由弱到強(qiáng)排序?yàn)?全風(fēng)化砂質(zhì)板巖<強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)板巖<中風(fēng)化砂質(zhì)板巖<弱風(fēng)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(huì)導(dǎo)致板巖的強(qiáng)烈崩解,很容易誘發(fā)潛在滑坡。

通過(guò)利用大型單軸固結(jié)儀對(duì)砂質(zhì)板巖粗粒土填料進(jìn)行低應(yīng)力狀態(tài)(σ=50,100,200,400和800kpa)的單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn),研究砂質(zhì)板巖粗粒土路堤填料的蠕變性質(zhì)。基于粗粒土蠕變理論,分析填料的蠕變曲線特征,確定蠕變的初始計(jì)算時(shí)間,選取常見的蠕變本構(gòu)模型,利用改進(jìn)的高斯-牛頓法確定壓實(shí)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(wú)黏性流動(dòng)的衰減蠕變特性;h-k-k模型更準(zhǔn)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(qiáng)度的各向異性,筆者根據(jù)層狀巖體巴西劈裂試驗(yàn)圓盤平面應(yīng)力的彈性力學(xué)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(qiáng)度的關(guān)系式。通過(guò)對(duì)不同層理角度θ下的試件進(jìn)行巴西劈裂試驗(yàn),得到:隨著θ從0°變化至90°,強(qiáng)度因子呈現(xiàn)兩端大中間小的趨勢(shì);運(yùn)用單弱面理論得到的強(qiáng)度關(guān)系式可以較好地反映出在含有層理面時(shí)巴西劈裂試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度隨層理角度變化的規(guī)律;當(dāng)0°≤θ<25.2°或72.6°<θ≤90°時(shí),屬于純拉伸破壞;當(dāng)25.2°≤θ≤72.6°時(shí),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(biāo)在加筋土擋墻的設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。選擇雙向土工格柵、丙綸長(zhǎng)絲機(jī)織土工布兩種加筋材料與不同含水量、壓實(shí)度的全風(fēng)化泥巖進(jìn)行拔拉試驗(yàn)。試驗(yàn)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(jī)織土工布與界面的內(nèi)摩擦角大于雙向土工格柵。

通過(guò)單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)研究含水率以及顆粒組成對(duì)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(yàn)結(jié)果相符的h-k蠕變模型,探討含水率、細(xì)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(xì)顆粒含量均為影響粗粒土蠕變特性的重要因素,提出通過(guò)使用干燥或飽和含水態(tài)的粗粒土填料以及使用細(xì)顆粒含量為30%的粗粒土填料的途徑來(lái)控制路堤的長(zhǎng)期沉降。