王磊[1]2000年在《膨胀岩膨胀特性的分形研究及试验研究》文中研究表明膨胀岩土是自然地质过程中形成的由强亲水性矿物构成的一种具有显著胀缩性的地质体。膨胀岩土吸水膨胀、失水收缩并且具有反复变形的性质，对其中构筑物所构成的危害具有长期的潜伏性。本文详细介绍了这种膨胀特性的微观机理、影响因素、微观研究方法以及室内膨胀试验方法。本文引入分形理论，对膨胀土的微观孔隙分维值进行了确定，力求建立起分维值和微观特性及宏观膨胀特性的关系。同时，本文着重介绍了利用JCY型静止侧压力系数试验仪量测膨胀岩膨胀特性参数的试验方法。 文中介绍了根据分形几何盒维数法的原理，利用AutoCAD对显微照片进行了网格剖分，获得膨胀土的分维值，并建立分维值与初始物理状态的关系，同时介绍了利用试验仪器对南京梅山铁矿膨胀岩样进行膨胀试验所得到的结果，分析了膨胀应变、吸水量、径向膨胀应力随时间的变化规律、与轴向荷载的关系、以及膨胀应变与吸水量的关系。根据这些试验结果，分析讨论了Einstein-Wittke体积膨胀本构和三轴膨胀试验本构关系，并着重与焦建奎的试验结果进行比较，分析了两试验结果的异同之处，对仪器的合理性及适用性进行评价。
关欢[2]2018年在《西宁地区泥岩微组构特征与膨胀特性研究》文中认为随着我国高速铁路的蓬勃发展,膨胀岩对铁路的危害也日趋严重。宝兰客运专线及兰新二线高铁建设工程中,都出现过弱膨胀泥岩导致隧道仰拱的开裂及路基上拱等工程问题。因此,泥岩微观膨胀机理的研究对于岩石膨胀特性领域具有一定的意义。本论文以西宁地区贵德组、咸水河组、中庄组、民和组泥岩为研究对象,通过野外踏勘取得钻孔样品。围绕泥岩物理性质、矿物成分、微观特征、膨胀特性等特征,对不同地质时代泥岩矿物成分、微结构空间特征、孔隙特征进行研究,找寻出其中的差别,结合膨胀特性试验,分析不同微观组构特征与膨胀特性之间的关系,阐述了微观特征与宏观力学效应之间的关系。通过研究,取得如下几点的主要成果和认识:(1)通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)试验对西宁地区泥岩的矿物成分和微观结构进行了研究,结果显示西宁地区泥岩黏土矿物主要以伊利石、绿泥石、高岭石为主,蒙脱石仅在局部有发育,非黏土矿物主要以石英和钠长石为主;其微观空间特征主要以平片、密集、面-面连结和平片、开放、面-面连结为主;而孔隙类型主要以粒间孔为主;利用Image-Pro Plus软件对SEM照片分析可知民和组泥岩面孔率、孔隙直径、分维数最小,而圆度最大;在同一地层中,面孔率、孔隙直径、分维数、圆度均有随埋置深度增加而增大的趋势。(2)通过自由膨胀率试验、侧向约束膨胀率试验、膨胀力试验以及膨胀过程监测试验发现,泥岩膨胀过程均可分为三个阶段,即快速膨胀阶段、缓慢膨胀阶段、膨胀稳定阶段;电导率可作为反映膨胀过程中离子浓度变化的指标,与膨胀力(率)之间的关系也分为三个阶段,即快速增长阶段、缓慢增加阶段、稳定阶段。(3)通过回归分析可知,黏土矿物含量、面孔率、圆度、分维数、平均直径与膨胀力(率)之间存在一定的相关性,其中黏土矿物含量与膨胀力(率)之间的相关性较弱,而结构因素(面孔率、圆度、分维数、平均直径)与膨胀力(率)之间的相关性均较强,说明西宁地区泥岩结构因素对膨胀特性的影响起主要作用。
宋智琳[3]2016年在《膨胀岩隧道隧底稳定性研究》文中研究说明由于膨胀岩具有在遇水情况下发生膨胀、崩解、强度降低,在失水情况下发生开裂、收缩、强度减弱的工程性质,导致含有膨胀性岩石的围岩经常发生破坏。在隧道施工过程由于围岩遇水导致其承载力不足,进而引发掌子面失稳、拱顶下沉增大、内净空变形位移过大等现象。而且在隧道的运营过程中由于含水量的变化导致围岩应力发生变化,进而引发底鼓、二次衬砌变形等一系列严重危害列车安全运营的工程问题。本文以宝兰客运专线通过的甘肃省天水市秦安县郭家镇地段隧道为工程背景,对该地区膨胀岩进行了微观膨胀机理分析、宏观的室内膨胀特性试验和力学试验,得到其膨胀性参数,物理力学参数和应力应变曲线。通过分析其膨胀参数、力学参数的变化,提出一种更加科学的膨胀岩膨胀等级的判别标准。运用ANSYS数值模拟软件,模拟隧道在运营过程由于仰拱下部围岩遇水对二次衬砌的影响,进而提出围岩在不同含水率下的最大渗水深度,针对破坏形式提出有效的解决方案。具体研究内容如下:(1)郭家镇地区灰质泥岩的主要矿物成分为碎屑矿物和粘土矿物。其中伊利石是粘土矿物的主要膨胀成分,其含量大约为8%,不含或者少含蒙脱石,属于是以伊利石和高岭石为主要膨胀元素的膨胀岩。通过对现有膨胀仪的改良实现了测定岩石在不同含水率下的膨胀力,进而通过研究影响膨胀岩膨胀特性的主客观因素提出一种划分膨胀岩等级的标准,并且根据试验数据的统计结果可定性该膨胀岩为弱膨胀岩。(2)通过对膨胀性泥岩在不同含水率下和不同围压下的三轴压缩试验研究。分析岩石的应力应变曲线,得到岩石在不同含水率、不同围压下的峰值应力。分析含水率、围压对岩石强度的影响程度。运用最小二乘一元线性回归分析法对围压与峰值强度进行线性分析,得到岩石在不同含水率下的粘聚力和内摩擦角。对典型的泥岩三轴应力-应变全过程曲线进行阶段性。(3)对已建成隧道在运营过程中隧底围岩在含水率发生变化的情况下进行数值模拟计算。进而根据安全系数和仰拱位移两个判别标准提出最大含水率和最大渗水深度的最大值。并且分别提出隧道在施工过程、运营状态下应该采取的工程措施。以便能给隧道的设计和施工及养护提供必要的指导,为隧道在运营过程中的安全提供技术支撑。
邓建华[4]2010年在《膏溶角砾岩力学特性及水损伤模型研究》文中研究说明膏溶角砾岩是一类富含粘土矿物的水敏感性岩体,其强度遇水迅速降低这一特点对该类岩石在隧道工程中的应用具有十分重要的影响,它的强度和变形特征,将直接关系着工程设计、施工和运营的稳定性。本文在室内膨胀试验和强度试验的基础上,对膏溶角砾岩的膨胀特性和力学特性进行了比较系统的研究,并通过微观观测对膏溶角砾岩中水-岩相互作用的微观机理进行了探讨,取得了以下部分结果:通过膨胀试验,得出了膏溶角砾岩的膨胀力和膨胀应变的变化规律,提出了Hunder-Amberg修正模型。在此基础上引入时间因素,建立了膏溶角砾岩的时变膨胀本构关系。通过单轴和三轴试验获得了膏溶角砾岩在不同含水量、不同围压下的应力-应变曲线特征、变形及强度参数;总结了膏溶角砾岩的应力-应变曲线、弹性模量及强度随围压和含水量的变化规律,以及含水量对脆延转换的影响。通过粉晶x衍射、电子扫描电镜等微观试验,研究了水对膏溶角砾岩的微观结构的影响,探讨了水在膏溶角砾岩的赋存方式,从力学作用、物理作用、化学作用等方面分析了水-岩相互作用的机理,在此基础上建立了膏溶角砾岩的水损伤模型。结合以上试验结果,对自由能、比自由能的重新定义,并在热力学的基础上,引入水的损伤,将水和力产生的损伤耦合起来,建立了考虑膨胀和损伤影响的膏溶角砾岩的弹塑性本构模型。该模型能很好地模拟岩石应力-应变的峰后曲线。本文在试验方面详细研究了膏溶角砾岩的膨胀和力学特性,建立了膏溶角砾岩的膨胀模型和水损伤模型;在理论方面,通过对自由能、比自由能的重新定义,建立了考虑膨胀影响的膏溶角砾岩弹塑性本构模型。本文的研究成果可为类似于膏溶角砾岩这样的水敏感性岩石地层中的设计、施工和运营提供参考。
张连杰[5]2016年在《降雨入渗条件下膨胀土边坡稳定性分析》文中研究指明在膨胀土地区,膨胀土边坡失稳破坏是一个常见的工程地质问题。该类边坡失稳多为浅层滑动,多位于非饱和带,并且与降雨入渗密切相关,大多发生在降雨期间或雨后。因此,膨胀土边坡的失稳研究涉及到非饱和渗流、土的非饱和抗剪强度、膨胀土的吸湿变形以及降雨特征等因素。对于膨胀土边坡在降雨条件下的稳定性分析,可以为膨胀土边坡的设计及施工提供一定的理论依据,具有重要的现实意义。本文以国家自然科学基金项目“膨胀岩本构关系研究”为依托,以延吉膨胀土为研究对象,在明确其基本物理力学性质的基础上,进行了土水特征曲线试验、渗透试验、直剪试验、无荷膨胀率试验等为膨胀土边坡中饱和—非饱和渗流、膨胀土的抗剪强度、膨胀土的吸湿膨胀性质分析等提供了基础数据,进而为膨胀土边坡的稳定性分析奠定了理论基础。基于SWCC曲线结合渗透试验,对延吉膨胀土的非饱和渗透系数进行了推导,得到了延吉膨胀土渗透系数与基质吸力、含水率的关系曲线。由SWCC曲线可以看出吸湿部分曲线较脱湿部分曲线具有明显滞后现象,含水率与渗透系数之间的关系曲线基本重合,无滞后现象,说明了非饱和渗透系数是含水率、饱和度或者有效饱和度的单一函数。由直剪试验结果可知,非饱和土的强度指标随着含水量的变化而变化,不再是常数。采用Knothe时间函数模型对延吉膨胀土无荷膨胀率试验数据进行了拟合,构建了膨胀时程方程,并详细分析了方程中的未知参数的物理意义及影响因素。基于无荷膨胀率试验数据,应用温度场等效湿度场的理论对膨胀土吸湿膨胀特性进行深入分析,推导了等效温度膨胀系数。为了考虑膨胀土降雨条件下吸湿膨胀对边坡稳定性的影响,采用ABAQUS软件,通过Fortran语言编程子程序将温度场的变化等同于湿度场的变化,并在子程序中定义了热膨胀系数,实现了湿度场-温度场以及湿度线膨胀系数-热膨胀系数之间的转化。根据延吉多年降雨资料统计,设计了四种工况,基于非饱和下渗理论以及降雨入渗经验公式,通过解析法求解了各工况下降雨入渗曲线,将其作为降雨入渗边界,代入了边坡模型,分别对考虑膨胀和不考虑膨胀两种情况下边坡稳定性进行了分析。
董晓娟[6]2010年在《南水北调中线工程潞王坟段膨胀岩（土）膨胀变形规律研究》文中指出膨胀岩土具有“吸水膨胀、失水收缩”的特性,给工程建筑物带来巨大的危害,不仅影响公路、铁路、渠道等的边坡、路基、路面的稳定性,破坏建筑物基础,导致上部结构开裂,而且对膨胀性软岩地区的隧道围岩、衬砌结构,甚至隧道内部的支护结构的稳定性造成破坏,等等。目前,有关膨胀岩土的研究,无论宏观变形方面,还是微观方面,都具有了相当多的研究成果。然而,由于膨胀岩土的工程特性受其结构影响很大,不同地域、不同成因的膨胀岩土,其胀缩特性有着很大的差别,甚至出现相反的结论,因此有必要对不同地区的膨胀岩土进行研究。南水北调中线工程潞王坟试验段膨胀岩(土)是半岩半土状态,未完全风化又接近于完全风化状态,在干燥条件下即为岩石状态,十分坚硬,一旦遇水将迅速软化成土这里称之为膨胀岩(土)。由于在渠道边坡的开挖过程中,渠道表面一定深度的膨胀岩(土)受到扰动,需对其进行碾压,那么这部分膨胀岩(土)将具有类似重塑土样的膨胀特性。本文结合前人的研究成果,主要从膨胀、收缩及胀缩循环三个方面研究了重塑膨胀岩(土)的膨胀收缩变形特性,并提出对该部分碾压样的改性处理,得出以下几个方面成果,为渠道边坡的设计施工提供一定的理论依据。本文首先分析了试验段膨胀岩(土)的基本物理化学性质,得出该膨胀岩(土)为弱膨胀性的粘性岩土,主要矿物成分为高岭石,还有少量蒙脱石和伊利石等矿物,为其具有弱膨胀性提供了基本的物质基础；同时测定了膨胀岩(土)的最优含水量、最大干密度,为后面的胀缩试验提供基本的控制指标。在此基础上本文分析了重塑膨胀岩(土)无荷膨胀变形与试样的初始状态的相关关系,得出有侧限情况下,重塑膨胀岩(土)的无荷膨胀变形与初始含水率呈线性递减关系,且初始干容重越大,随初始含水率增加无荷膨胀率递减速率越大；无荷膨胀变形同样随初始干密度的降低而减小,呈折线曲线关系,且由最大干密度开始减小时,无荷膨胀率减小速率很大,当击实度低于96%时,无荷膨胀率的变化迅速减缓,趋于稳定。此外,还分析了有无侧限对重塑膨胀岩(土)无荷膨胀变形的影响,得出由于无侧限时试样发生较大的水平向变形,且在变形过程中试样土颗粒不断脱落,为后续的膨胀变形提供大量的空间,导致无侧限情况下试样的膨胀变形量明显小于有侧限情况下的膨胀变形量,其大小不及有侧限条件时的一半。工程实际中,大部分膨胀岩土会受到上覆荷载的作用。本文同样也分析了重塑膨胀岩(土)有荷膨胀变形与试样初始状态的相关关系,得出如下结论：当初始干密度比较小时,上覆荷载大于膨胀应力时,重塑膨胀岩(土)浸水不发生膨胀,反而出现湿陷现象,且随着上覆荷载的增大,湿陷变形量先增大后减小,出现湿陷峰值；初始干密度达到击实度96%以上时,重塑膨胀岩(土)在上覆荷载作用下浸水后始终表现出膨胀变形,其有荷膨胀变形量随上覆荷载的增加而减小,且最终趋于一稳定值,因此在工程实践中,处理膨胀岩土问题时,尤其是弱膨胀岩土,我们要考虑上覆荷载的大小,判断膨胀岩土在该附加荷载下浸水膨胀与否,进而采取合适的处理方法。由于初始含水率越大,在备样过程中试样颗粒完成的膨胀变形越大,同体积的试样其孔隙比越小,导致疏水通道受阻,故有荷膨胀变形随初始含水率的增加而减小；而对于初始干密度小的试样,上覆荷载比较大时,试样发生湿陷变形,其变形量大小同样随初始含水率的增加而减小,且均呈线性变化规律。在此基础上本文提出了适合于干密度比较大的重塑样的有荷膨胀变形量与初始含水率和上覆荷载共同关系的公式。本文在重塑样有荷膨胀变形的研究中还发现,试验段膨胀岩(土)的胀限含水量受其初始含水率的影响并不大,几乎不随之发生变化,而上覆荷载对胀限的影响比较大,上覆荷载越大,试样中的有效应力越大,试样对水的吸力越小,导致胀限含水量越小,荷载增加到一定程度时,吸力不再受其影响,胀限趋于一定值。此外,本文还专门分析了有荷膨胀率与过程含水量的关系,指出随着试样含水率的增大,即使吸收相同的含水量其膨胀变形增量也越来越小,达到胀限时,膨胀变形也就终止。许多研究指出膨胀力随初始含水率的增加而减小,本文通过不同初始状态下重塑膨胀岩(土)膨胀力的测定,却得出了不同的结论,即膨胀力随初始含水率的增加先增大后减小,这说明膨胀应力的大小不仅仅与试样的初始状态有关,还与试验过程中试样的孔隙结构变化有很大的关系。本文还研究了重塑膨胀岩(土)的收缩变形特性,得出收缩变形量随初始含水率的增加而增大；缩限也随初始含水率的增加而增大,且初始含水率接近液限时,缩限也趋于稳定,不再随初始含水率的增加而增大,这也就验证了土工规范中测定缩限的方法。此外,本文还研究了重塑膨胀岩(土)的循环胀缩变形特性,表明其胀缩变形随循环级数的增加而减小,且胀缩特性降低很快,循环级数达到一定程度后,试样的胀缩变形趋于稳定,随级数的增加而变化甚微。因此,预先使膨胀岩(土)发生多级循环胀缩变形,也是减小胀缩特性的方法之一。在上述重塑膨胀岩(土)的胀缩变形规律研究的基础上,本文提出了一种新的改良膨胀岩土的方法,即使用离子土壤强化剂ISS改良膨胀岩土。试验研究表明经ISS改良过的重塑膨胀岩(土),其胀缩性能得到很好的改善,有明显的减小；抗剪强度也得到很大的提高。在大量膨胀性试验对比的基础上,本文提出了ISS改良试验段重塑膨胀岩(土)的最佳水溶液配比为1：300(体积比)。
赵二平[7]2012年在《开挖卸荷和水入渗对膨胀岩工程特性的影响研究》文中提出膨胀岩是一种有问题的特殊岩土体,在我国分布范围很广。目前国家正大力开展基础设施建设,如铁路和南水北调,建设过程中将会经常面临这种问题岩土体的困扰,由于对温度、湿度以及应力场变化的极端敏感性,膨胀岩对工程建筑具有很大的潜在危害性,外界条件稍微变化,即会引起工程建筑的极大破坏。但是由于工程建设需要,膨胀岩的开挖卸荷不可避免；由于自然条件的限制,水分的浸入也无法摆脱。因此对膨胀岩土的工程特性、开挖卸荷对膨胀岩物理力学特性的影响规律以及水浸入对膨胀岩土体影响规律的研究,是很有必要的,也是必须要做的。论文以试验为基础,对膨胀岩样进行室内力学特性试验,并采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对膨胀岩的开挖卸荷效应和水入渗效应进行了研究。论文的主要研究内容及成果如下：(1)系统研究了膨胀岩的强度、粘聚力c、摩擦角Φ随含水率的变化规律。试验结果表明：随着含水率的增加,膨胀岩的抗剪强度逐渐减小。同时其抗剪强度指标c随着含水率的增加,基本呈线性减小。摩擦角中随着含水率的增加也减小。另外通过对指标的变异性分析得出,两处取样点的膨胀岩试样的水敏性不同。膨胀岩试样室内干湿循环试验显示,粘聚力c在第一次干湿循环以后,降幅较大。之后的几次循环,c值又有衰减,但是衰减率较小。Φ值在第一次循环时衰减较大,之后起伏变化,但总的数值变动幅度不大。(2)对膨胀岩试样进行了胀缩试验。试验结果显示：膨胀岩膨胀率随时间的关系曲线与膨胀岩的初始含水率有很大关系。.当膨胀岩的初始含水率较小,膨胀岩偏干时,膨胀岩的膨胀率随时间的关系曲线分为四个阶段：直线匀速膨胀阶段、直线快速膨胀阶段、减速膨胀阶段、膨胀缓慢稳定阶段。其中直线快速膨胀阶段其膨胀速度大于直线匀速膨胀阶段膨胀岩的膨胀速度。直线匀速膨胀阶段与直线快速膨胀阶段膨胀岩的含水率称为拐点含水率。当膨胀岩的起始含水率大于拐点含水率时,其膨胀率随时间的关系曲线将没有直线匀速膨胀阶段,只有后面三个阶段。随着含水率的增加,膨胀岩试样的无荷膨胀率逐渐减小,收缩系数逐渐增大。同时,线缩率随着含水量的增加,也逐渐增大。这说明,含水量越大,收缩引起的变形也越大。同一初始条件的膨胀岩,其收缩阶段和膨胀阶段的曲线虽然形似,但并不是中心对称图形。说明膨胀岩试样的膨胀与收缩并不是可逆的。为研究膨胀岩胀缩循环变化规律,对膨胀岩进行了胀缩循环试验。试验结果显示：第一阶段直线快速膨胀阶段,后面三次胀缩循环时膨胀岩的膨胀速度比第一次膨胀膨胀岩的膨胀速度要大,这主要是因为膨胀岩失水收缩开裂,产生很多的裂隙,为水的入渗提供了更大的通道。从达到膨胀稳定所需的时间来看,越到后面几次胀缩循环,膨胀稳定所需时间越短,说明经历过几次湿胀干缩以后,膨胀岩的结构基本趋于稳定,不再有多大的变化。随着膨胀次数的增加,膨胀岩的无荷膨胀率逐渐减小。第二次膨胀以后,无荷膨胀率的衰减速度变慢,到第四次时,基本趋于稳定。整体来看,四次收缩试验膨胀岩的线缩率随时间的变化曲线差别并不大。总体来看,膨胀岩的结构变化主要是集中在前2-3次胀缩,在经历2-3次胀缩以后,随着膨胀与收缩次数的增加,膨胀岩体内部结构逐渐趋于稳定,膨胀和收缩也逐步稳定。(3)对膨胀岩试样进行固结试验,试验结果显示,随着高程的降低,埋藏深度的增加,膨胀岩压缩系数逐渐降低,而压缩模量则逐渐升高；而对于同一种膨胀岩样,随着含水量的升高,其压缩系数升高,而压缩模量降低。(4)对膨胀岩三轴压缩条件下的力学特性进行了试验研究,结果表明,膨胀岩的应力应变关系曲线可以分成四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、应变软化阶段、塑性流动阶段。弹性阶段和应变软化阶段可以用一直线来表示,屈服阶段可以用一对数函数来表示,并给出了膨胀岩三周压缩本构关系。膨胀岩的峰值强度和残余强度均随着围压的升高,呈线性增大。且膨胀岩莫尔圆的包络线为一直线,其强度准则可以用M-C强度准则进行拟合。膨胀岩的变形模量和弹性模量均随着围压的增大而增大,峰值应变和残余应变随着围压的增加而增加。膨胀岩试样随着轴压的逐渐增大,破坏首先出现鼓状凸起,然后产生破裂面。从破裂面的角度来看,当围压较低时,比较符合45°+Φ/2的规律。当围压较高时,由于试件已变形,破裂面错动,导致夹角的增大幅度较大。若按未变形前的试样测定破裂角,则基本都在45°+Φ／2。(5)随着膨胀岩循环加卸荷次数的增加,膨胀岩的应变逐渐增加,但是其增加量却逐渐减小。可以用以负指数函数来拟合膨胀岩应变增加量与循环次数的关系。不同的初始损伤度,会对膨胀岩的加卸荷滞回圈产生影响。初始损伤度越大,滞回圈的面积越大。并且,经历一次循环加卸荷之后,膨胀岩的极限强度会有所增加。但是增加量随着初始损伤度的增大逐渐减小。残余强度也表现出类似的规律。循环加卸荷会导致岩体质量劣化,经历循环加卸荷作用以后的岩体其峰值强度和残余强度要比经历其中一次加卸荷循环作用的峰值强度和残余强度低。(6)从卸荷量与模量降低量之间的关系来看,用一条直线来拟合卸荷量与模量降低量之间的关系,不尽完善。在卸荷量较低和较高时,模量的降低量具有非线性特性。以70%(左右)为分界线,当卸荷量小于70%时,模量的降低量随着卸荷量的增加变化较缓；当卸荷量大于70%时,模量的降低量随着卸荷量的增加变化较迅速。同时采用数值模拟的方法,对膨胀岩边坡开挖卸荷效应进行了研究。
季明[8]2009年在《湿度场下灰质泥岩的力学性质演化与蠕变特征研究》文中研究说明本文在实验室条件下进行了灰质泥岩试件的三向自由膨胀试验,利用YAW系列微机控制电液伺服压力试验机控制系统结合美国Physical Acoustics公司的CTA-1型煤岩声电数据采集系统对不同含水率下的灰质泥岩进行了单轴压缩实验,分析了湿度场对灰质泥岩力学性质的影响。运用湿度场应力理论、弹塑性理论、损伤力学和粘弹性理论探讨了湿度条件下的灰质泥岩的本构模型。研究成果为水电工程、矿山工程、建筑工程、环境工程以及石油工程等重大工程中的岩石水力学问题提供了有益的研究资料。论文主要研究成果和创新点如下:基于湿度应力场理论,结合弹塑性力学,建立了考虑湿度对岩石材质影响的增量型弹塑性本构模型,并分别推导了等向强化模型以及随动强化模型下的弹塑性本构关系以及加卸载准则。通过对灰质泥岩的三向自由膨胀试验,研究了完全自由膨胀应变的时间效应规律,提出了膨胀稳定的时间阈值概念,并据此推导了侧限条件下膨胀应变随时间的变化规律;并根据传统的岩石膨胀理论推导了考虑时间效应的非稳定膨胀理论。并结合多孔介质基本理论,推导了考虑湿度膨胀效应的非饱和岩土介质的动态孔隙度模型。研究了含水率对岩石的力学和声发射特性的影响,实验结果表明弹性模量、抗压强度随着含水率的增加而减小,峰值应变随着含水率的增加而增大。结合损伤力学理论,探讨了单轴压缩条件下,含水岩石的损伤演变规律,并推导了考虑载荷和湿度共同作用的灰质泥岩的损伤本构模型。以西原体模型为基础,引入膨胀岩石的湿度膨胀系数,粘性衰减系数和损伤变量,综合考虑湿度效应对岩石弹性变形、粘性流动以及结构损伤的共同影响,建立了岩石湿度损伤粘弹塑性本构关系,推导了考虑湿度效应的岩石蠕变方程、卸载方程以及松弛方程,并建立了能全面反映膨胀岩石在含水状态下的粘弹塑性质的三轴蠕变理论模型。基于FLAC3D软件,以淮北煤业集团祁南煤矿82五中车场为工程背景对干燥围岩巷道无支护、有支护、含水弱化围岩巷道无支护、有支护等几种模型的蠕变特征进行数值模拟,研究了各种模型的表面位移、主应力分布、剪应力分布以及塑性区分布等规律,定性分析了水对巷道支护设计的影响,等到一些可供支护设计参考的结论。
赵飞[9]2011年在《新建云桂铁路百色盆地膨胀岩工程特性试验研究与病害机理初步探讨》文中研究说明膨胀岩具有遇水膨胀、软化、崩解和失水收缩、开裂等特性,一直是工程应用中的难点。木文以云杜铁路百色盆地膨胀岩为研究对象,对膨胀岩的工程特性和病害机理进行了研究,主要的研究内容有以下几方面。(1)通过现场地质调查,了解膨胀岩的地形地貌、分布规律、工程地质特性,同时对膨胀岩胀缩、碎裂、低强度等特性相关的工程病害进行现场的调查。(2)根据颗粒成分、化学成分、X射线粉晶衍射试验及电镜扫描等技术手段,研究分析了膨胀岩的物质组成和微观结构。(3)根据抗剪强度试验和抗压试验,获得了膨胀岩抗剪强度和抗压强度,分析了初始含水率与风化程度对膨胀岩的抗剪强度和抗压强度的影响。膨胀岩的初始含水率与抗压强度呈二次曲线递减关系,膨胀岩内聚力随初始含水率的增加而呈对数减小关系,即初始含水率与内聚力的对数呈线性递减关系,摩擦角随初始含水率的增加而呈线性减小关系。随着膨胀岩的风化程度加大,岩体的抗剪强度和抗压强度会减小。(4)根据膨胀岩水理试验,获得了膨胀岩的膨胀力、膨胀率等各项膨胀指标。着重分析了水对膨胀岩的膨胀特性的影响,修正了Huder-Amberg提出的膨胀岩应力应变本构关系。为了分析吸水率对膨胀岩的膨胀变形影响,设计了膨胀变形新试验,依据试验成果,随着膨胀岩吸水率的增加,把岩体的变形过程分为了6个变形阶段,并提出了“起始膨胀含水率”的概念。(5)分析了膨胀岩工程病害机理,着重分析了膨胀岩边坡病害机理。根据膨胀岩的特殊性质,提出了治理膨胀岩工程病害的建议。(6)结合工程实例,分析了膨胀岩的强度取值问题。在实际工程中应考虑施工条件、运行条件、强度衰减等,特别要考虑膨胀岩随时间增加而强度衰减的问题,合理选取设计参数。并提出了膨胀岩边坡治理新思路,设置变形缓冲层来解决膨胀变形和膨胀力的问题,设计参数按膨胀岩边坡运行后风化特征选取。
郭卫卫[10]2012年在《有机硅改变蒙脱石类软岩膨胀性试验研究》文中研究说明膨胀岩土是在自然地质过程中形成的一类易遇水发生物理化学反应后体积变化的富含强亲水矿物成分的岩土,主要包括蒙脱石、伊利石和高岭石等黏土矿物,具有吸水膨胀软化,失水收缩干裂等特性,因此常表现出多裂隙性、强胀缩性和强度衰减性。由于膨胀岩土特殊的自身属性,对其中的工程构筑物造成了严重的危害,给国家和人民带来巨大的的经济损失。因此,研究膨胀岩土的胀缩机理,有着重要的工程和现实意义。本文在对国内外相关理论及研究系统分析的基础上,以富含蒙脱石矿物的山东洼里煤矿底板泥质页岩为研究对象,通过宏观膨胀试验对其重塑样的胀缩特性进行了一系列试验研究,并提出了通过有机硅改变膨胀岩的物性,提高膨胀岩的防水性以达到抑制膨胀岩的强膨胀性的方法,并通过宏观胀缩试验及微观尺度的研究,取得了几点成果,归纳如下:1、基于组成膨胀岩土的黏土矿物成分,认识了蒙脱石、伊利石和高岭石晶体的结构特征,总结分析了膨胀岩土的胀缩理论主要包括晶格扩张理论、双电层理论、渗透理论及微观结构理论,对各胀缩理论的优缺点进行了评价,.并分析了膨胀岩土的特殊工程性质及形成原因。2、通过重型击实试验,确定了底板泥质页岩的最优含水率和最大干密度。在最优含水率和最大干密度的条件下,制得重塑样,利用自制膨胀筒装置,研究了重塑样在蒸馏水、不同浓度、不同价阳离子、等价氯离子溶液及干湿循环的条件下,重塑样的膨胀变化规律。3、结合化学键理论,分析了有机硅改性泥质页岩的过程,并通过表面接触角试验,得出了采用有机硅GJ657改性后的防水效果要明显强于KH570,确定选用有机硅GJ657为改性重塑样的改性剂。改性后,在蒸馏水中进行膨胀试验,试验结果显示,重塑样膨胀率明显降低,表现出良好的防水效果并得出膨胀率随着改性时间的变化规律。4、通过扫描电镜的手段,分析了原岩样及分别浸入蒸馏水、NaCl(1mol/L)、Cal12(1mol/L)、AlCl3(1mol/L)和有机硅 GJ657 溶液后的微观特征变化。借助Image pro-plus(IPP)软件对岩样SEM图片进行数字化处理,应用分形理论,定量研究了改性前后表面凹凸形貌分维的变化。通过液氮等温吸附试验对岩样改性前后的比表面积、孔径及孔容等进行了定量研究。
参考文献：
[1]. 膨胀岩膨胀特性的分形研究及试验研究[D]. 王磊. 大连理工大学. 2000
[2]. 西宁地区泥岩微组构特征与膨胀特性研究[D]. 关欢. 西南交通大学. 2018
[3]. 膨胀岩隧道隧底稳定性研究[D]. 宋智琳. 石家庄铁道大学. 2016
[4]. 膏溶角砾岩力学特性及水损伤模型研究[D]. 邓建华. 上海交通大学. 2010
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