某海底隧道风化花岗岩物理力学性能研究

依托某海底隧道风化花岗岩，分别进行岩石的基本物理性质、矿物成分、微观结构、元素放射性、耐磨性及力学性质试验，系统分析风化花岗岩的相关物理力学性质参数指标。研究表明：该风化花岗岩主要呈中-微风化，岩石密度2.6 g/cm³；主要矿物成分为黑云母和角闪石，以及各种长石类矿物，少量副矿物参杂其中；全-强风化花岗岩主要成分为高岭石、伊利石等黏土矿物，均由原岩矿物风化而成；测区职业照射年有效剂量当量2.71 mSv/年，小于5 mSv/年，属于无放射性危害非限制区；岩石摩擦性指数为3.96，具有较高-极高摩擦性；岩石单轴抗压强度天然值123.70 MPa，饱和值108.85，软化程度0.84，弹性纵波波速4 579 m/s，弹性模量54.967 GPa，泊松比0.235。     

水入渗前后重塑红黏土抗剪强度特性研究

基于不固结不排水三轴压缩试验，探究蒸馏水入渗前后不同干密度重塑红黏土的应力-应变关系以及抗剪强度变化，并结合电镜扫描试验和X射线荧光分析试验从微观结构及矿物成分变化角度来分析水入渗对不同干密度重塑红黏土抗剪强度的影响机理。研究结果表明:重塑红黏土应力-应变关系随干密度的增大由应变硬化型逐渐变为应变软化型，水入渗后重塑红黏土达到破坏点时的轴向应变较大；黏聚力随干密度的增大呈指数变化，内摩擦角随干密度增加呈线性变化；水入渗前后土样抗剪强度变化说明水入渗对高干密度重塑红黏土的影响较为明显，微观结构和矿物元素成分变化则说明高干密度可有效保持土样内部结构和减少矿物元素成分的流失。     

干密度和饱和度对重塑非饱和坡积土强度特性影响的试验研究

以湘潭北站附近某边坡的坡积土为研究对象，开展3种不同干密度下9组不同饱和度的抗剪强度试验。研究结果表明:干密度越大，非饱和土的抗剪强度越高，且随着饱和度从饱和状态到残余状态呈现增、减和稳定3个阶段；黏聚力也随着饱和度的减小呈现增、减和稳定3个阶段，变化规律近似呈正态分布，内摩擦角随饱和度增大呈非线性减小；黏聚力随干密度的增大而增大，干密度对内摩擦角影响较小；建立了含有饱和度的非饱和土总应力抗剪强度实用公式。     

重塑花岗岩残积土土水特征曲线试验研究

为了给花岗岩残积土路基边坡水毁数值模拟提供准确的计算参数,以广佛肇(广州—佛山—肇庆)高速公路花岗岩残积土为研究对象,利用压力板仪测定不同密度条件下重塑土样的土水特征曲线,并对不同增湿和脱湿曲线特征进行了分析。试验结果表明,不同初始干密度下重塑花岗岩残积土土水特征曲线具有明显差异,较大的干密度试样脱湿速率较慢,较小的干密度试样增湿速率较快,同时残积土的残余含水量较大,说明花岗岩残积土干密度越大,持水能力越强;增湿曲线和脱湿曲线存在显著差异,进行降雨条件下路基边坡水毁数值模拟计算时应采用增湿土水特征曲线。     

黄铁矿岩石微生物风化作用的试验研究

岩石风化会造成岩体结构改变和物理力学性质恶化,造成工程失效和地质灾害。岩石风化尽管受到了岩土工程学家的关注,但对岩石生物-化学作用仍是需要关注的重要内容,特别是对富含硫化物的黑色岩石和煤系地层。以黄铁矿岩石为研究对象,通过微生物风化作用试验研究结果表明:微生物作用可使黄铁矿岩石的风化速率提高1个数量级,形成酸度更低,腐蚀性更强的水环境;在微生物作用下,黄铁矿硫化物等会加速风化,造成岩体结构破坏;黄铁矿风化形成的酸性水环境会腐蚀长石等岩石骨架矿物,恶化岩体完整性,降低岩体强度,从而导致很多工程事故和地质灾害     

干湿循环作用下预崩解炭质泥岩裂隙发育规律及强度特性

由于炭质泥岩遇水易风化、强度低、变形大，干湿循环作用下炭质泥岩路堤易形成纵横交错的裂隙网络，加速路堤边坡失稳。为分析干湿循环作用下预崩解炭质泥岩裂隙演化规律与强度特性，通过制备较大尺寸预崩解炭质泥岩试样，开展室外裂隙演化原位试验及裂隙试样直剪试验，实时拍摄不同干湿循环次数下试样裂隙扩展图像，并基于裂隙图像特征参数对各阶段裂隙特征进行定量化描述，进而构建预崩解炭质泥岩的抗剪强度与裂隙参数关系模型。研究结果表明：预崩解炭质泥岩裂隙数量、裂隙最大长度及裂隙率等裂隙参数均随干湿循环次数分为迅速增长、缓慢增长、趋于平缓3个阶段；各因素对裂隙发育影响程度由强至弱依次为初始含水率、干密度、干湿循环次数；含裂隙试样剪切时遇到裂隙剪切应力会发生暂时性衰退，不同裂隙参数试样的黏聚力变化显著，而内摩擦角变化甚微，内摩擦角变化主要取决于土体干密度的变化，而黏聚力变化取决于初始含水率，抗剪强度主要与黏聚力相关联。为研究土体抗剪强度与裂隙参数的关系，拟合得到了裂隙率与黏聚力的指数关系模型，发现其拟合变化曲线呈凹形的抛物线变化，其抛物线分急剧降低和趋于稳定2个阶段。研究成果可为预崩解炭质泥岩路堤工程施工及稳定性分析提供参考。     

酸性溶液作用下砂岩损伤时效特性机制分析

为探究酸性溶液作用下砂岩损伤时效特征，以高黎贡山隧道岩溶段砂岩为试验研究对象，借助扫描电镜和XRD衍射试验分析酸性溶液对砂岩宏观形貌、缺陷形态、孔隙结构、矿物组成成分以及孔隙率的改造作用，在不同浸泡时间节点对不同溶液中砂岩试件的质量、尺寸及三轴抗压强度等进行测量。试验结果表明： 1）溶液pH越低，同一时间节点内试件的孔隙率、质量和尺寸相对变化越大，且在各溶液中初期变化速率达到最快，后期均呈平稳趋势； 2）在围压20 MPa条件下，与pH=7的溶液中49 d的岩样相比，pH=1的溶液中试件的三轴峰值抗压强度累计降低20.98%，其下降速率随时间推移而减缓，黏聚力与内摩擦角均随时间增加呈下降趋势，且黏聚力对酸性溶液的敏感程度高于内摩擦角； 3）在酸性溶液侵蚀作用下，试件内长石与方解石等组成成分大量消耗致使试件微观结构改变，且随着溶液pH值降低，试样孔隙间距增大，胶结物消耗加剧，溶蚀孔洞及微裂隙发育较好。     

不同颗粒成分对花岗岩残积土路堤边坡稳定性的影响

不同颗粒成分土体强度的变化在花岗岩残积土边坡稳定性分析中十分重要。文中通过对不同颗粒成分花岗岩残积土进行渗透试验、土水特性试验、直剪试验,得到其抗剪强度随颗粒成分的变化规律;通过Geostudio中的SEEP与SLOP模块进行有限元数值模拟,分析不同颗粒成分花岗岩残积土边坡的稳定性。结果表明,颗粒成分的差异会直接影响土体的抗剪强度,在雨水冲刷条件下,花岗岩残积土中粗颗粒含量越少,保水性能越好,渗透系数越小,抗剪强度越高,花岗岩残积土路堤边坡稳定系数越大,稳定性越好;若发生失稳,也主要表现为浅层坡面失稳。     

肯尼亚蒙巴萨地区膨胀土膨胀特性试验研究

以肯尼亚蒙巴萨地区典型膨胀土为研究对象，进行了室内无荷载和有荷载条件下的膨胀率试验，探究了膨胀土膨胀特性与初始含水率、干密度及上部荷载的关系。结果表明:该试样的膨胀变形可分为膨胀加速、膨胀衰减和膨胀稳定三个阶段；膨胀速率和膨胀稳定量与干密度和初始含水率密切相关。在无荷载试验条件下，随着干密度和初始含水率的增加，膨胀率基本呈线性变化趋势；在有荷载试验条件下，上部荷载会对膨胀土的膨胀有显著的抑制作用；膨胀土膨胀率随上部荷载的增加呈线性关系降低。     

南宁外环膨胀土抗剪强度非线性特征及影响因素分析

以南宁外环膨胀土为对象,开展含低应力条件的不同干密度、不同初始含水率、无荷和有荷干湿循环作用重塑样、有荷干湿循环作用原状样的饱和慢剪以及重塑样饱和三轴固结排水试验,研究干密度、初始含水率、无荷和有荷干湿循环作用等因素对其低应力条件下抗剪强度的影响。结果表明:各抗剪强度包线均呈非线性特征,可用广义幂函数很好地拟合;低应力、干密度及初始含水率对饱和慢剪强度的影响显著;试件初始含水率相同时,干密度越大,强度越大;干密度相同时,初始含水率越大,强度也越大;随干湿循环次数的增加,无荷条件下土样的抗剪强度衰减强于有荷条件。     

川西非饱和混合土土水特征曲线研究

川西地区地质构造和气候条件复杂,交通荷载和降水入渗经常会引发处于非饱和状态的混合土公路路基变形过大或滑坡破坏,非饱和土的工程性质主要与其吸力值紧密相关。为掌握川西非饱和混合土矿物成分与初始干密度对其土水特征曲线的影响规律,针对川西山区3种崩坡积混合土,采用滤纸法和压力板仪法相结合的试验方案,缩短试验时间,测得各自在不同初始干密度下的土水特征曲线,并通过微观特征来分析宏观现象,探究混合土特征因素的影响机理。试验结果表明:矿物成分对土水特征曲线有显著影响,亲水矿物含量越高,基质吸力越大且曲线走势越平缓;反之,含有较多石英矿物和较少黏粒时,基质吸力通常较低;在相同基质吸力条件下,干密度越大,土体含水量也越大;同时,干密度对土水特征曲线的影响程度随着含水量的减小而增大。最后,采用Van Genuchten(VG)模型拟合川西混合土土水特征曲线,其拟合参数与颗粒级配、非饱和程度相关,拟合曲线与试验曲线吻合较好。     

千枚岩用于高速公路路基填料的适用性研究

对千枚岩的物理力学特性、水稳定性以及其CBR与压实度的关系进行了研究,结合现场千枚岩路基填料碾压特性,提出了千枚岩作为高速公路路基填料适用层位及压实要求。结果表明:随着千枚岩风化程度加重,其颗粒密度和块体密度减小,含水率、吸水率和孔隙率逐渐增加,点荷载强度减小;随着干湿循环作用次数增加,千枚岩试样崩解量递增、耐崩解性指数减小;与干燥千枚岩相比,饱水千枚岩强度显著降低,降低幅度达39%~64%;适当提高压实标准,弱风化千枚岩可用作路基填料,中风化千枚岩可用于路堤和下路床,强风化千枚岩只适用于下路堤;采用3%~4%水泥改良中风化、强风化千枚岩可适用于路基各结构层。     

引汉济渭岭南TBM工程二长花岗岩地层滚刀磨损研究

针对秦岭二长花岗岩条件下TBM滚刀消耗严重的问题,依托引汉济渭岭南TBM工程,通过对现场岩样和刀圈材料开展室内试验,明确岩石的磨蚀性能和刀圈的耐磨性能指标,发现岩石的磨蚀性由其抗压强度与矿物成分共同决定,刀圈的耐磨性主要取决于材料的成分及组织。通过对前2 000 m试掘进段刀具使用情况和磨损数据的分析,掌握各个刀位的磨损规律:1)正滚刀的累计磨损量随滚刀安装半径的增加近似呈线性增长;边滚刀中处于过渡区域的滚刀累计磨损量最大,两侧逐渐减小。2)与滚动距离磨损速率相比,破岩体积磨损速率更能准确衡量滚刀磨损的快慢程度。3)重复磨损对边滚刀磨损影响较大,而通过在边缘区域增加滚刀数量来提高耐磨性的方法可以起到一定作用,但不能从根本上解决问题。     

毕威高速公路玄武岩红土土水特征曲线测定与模型应用研究

采用压力板仪分别测试了1.184,1.263,1.348,1.424g/cm3四种干密度玄武岩风化红土的土水特征脱湿曲线,试验结果显示:随着体积含水量的减小,基质吸力呈变大的趋势,其中在基质吸力小于800kPa阶段,体积含水率随基质吸力变化显著;800kPa以后,体积含水率随基质吸力的变化很小,最后趋于恒定值。试验同时还表明在同一吸力下,干密度大的试样有更高的含水量。采用VanGenuchten模型、Fredlund3参数模型和Fredlund4参数模型对试验结果进行拟合,确定不同干密度情况下试样各模型的拟合参数,分析拟合结果相关系数平方值都大于0.98,说明拟合效果很好。     

重塑膨胀土直剪试验中的应力-应变曲线特性

通过不同干密度、不同初始含水率在施加不同压力下的重塑膨胀土的直剪试验,研究了南(宁)-友(谊关)路膨胀的应力-应变特性以及强度指标的变化情况。研究表明:干密度的增加能大幅提高土体的峰值强度,但对残余强度影响不大,土体的粘聚力与干密度成良好的指数关系,内摩擦角受干密度影响较小;随初始含水率增加,膨胀土体峰值强度的剪切位移增加,而峰值强度、粘聚力、内摩擦角有先增大后减小的趋势;垂直压力的增大对提高重塑膨胀土峰值强度和残余强度都有一定帮助。     

剪切速率对心墙料应力-应变-强度特性影响

以两河口砾石土心墙料为对象,开展剪切速率对其力学性状影响的三轴固结排水试验研究,分析不同速率下应力-应变-强度特性的变化规律,并建立了强度参数随剪切速率变化的力学模型。发现砾石土在小围压下极易发生应变软化现象;对于同一围压不同剪切速率下,剪切强度随剪切速率的增大而增大;随着剪切速率的不断增大,强度参数有逐渐增大的趋势,最终趋于稳定。     

黔东南浅变质岩工程地质性质研究

黔东南多为浅变质岩,其工程地质条件较为复杂。为给隧道施工提供可靠的工程地质参数,通过地质调查、现场试验及室内试验等手段,对隧址区浅变质岩的工程地质性质进行了综合研究。测定了岩石矿物成分和物理水理性质,应用单轴、三轴、点荷载及回弹试验,对岩石在不同风化程度下的力学性质进行分析,并详细调查了隧址区不同规模、不同类型的结构面,分析了结构面的特征。研究结果表明:隧址区浅变质岩抗风化能力较弱,随着风化程度的加剧,其物理力学性质及结构面特征都有显著的变化。     

城市垃圾炉渣试样的无侧限抗压强度试验研究

将粒径小于等于2mm的炉渣颗粒配比成一定含水率,通过分层击实制成初始制样干密度为ρd=1.4、1.5和1.6g/cm~3的试样,试样高80mm、直径39.1mm。不同干密度的试样分别进行龄期为3、7、14、28、45和60d无侧限抗压强度试验。为研究试样饱和后的强度变化,进行干密度为1.5g/cm~3,龄期3、7、14和28d的饱和试样无侧限抗压强度试验。通过试验,研究了非饱和炉渣试样的强度、割线模量随龄期和干密度的变化趋势,得出炉渣的强度、割线模量变化具有较大的离散性,但总体上随龄期和干密度的增加而增加。试样饱和后强度将降低30%左右,在实际工程中应注意防水保护。并且对炉渣材料做XRD分析,以获得炉渣的主要成分以便更好地了解炉渣试样的强度特性。     

植被根系固化公路花岗岩残积土力学特性研究

利用植被发达的根系对公路边坡进行加固是目前实现固化与绿化和谐统一的可行措施之一。为明确用于公路花岗岩残积土边坡物被根系特征与土壤抗剪强度之间的关系,对山麻杆(Alchornea davidii Franch)、野牡丹(Melastoma candidum D.Don)、铺地蜈蚣(Cotoneaster microphyllus Lindl.)和地稔(Melastoma dodecandrum)四种灌木根系特征进行定量分析。结果表明,山麻杆根长密度与根表面积密度均明显大于另外三种植被,各植被根系分布主要集中在0~10 cm土层中,随土层深度增大,不同植被根长密度与根表面积密度均呈减小趋势;不同植被根系对花岗岩残积土内摩擦角φ和粘聚力c均有较大提升,不同植被根系在0~30 cm地层中,内摩擦角φ和粘聚力c均表现为,山麻杆野牡丹地稔铺地蜈蚣裸地;随根长密度和根表面积密度增大,植被根系固化花岗岩残积土内摩擦角和粘聚力均逐渐增大,且内摩擦角与根长密度和根表面积密度呈对数关系,而粘聚力与根长密度和根表面积密度具有线性关系。     

双轴贯入试验与直剪试验测定抗剪强度参数的试验研究

利用双轴贯入结合无侧限抗压试验方法与直剪试验方法,分别对不同含水量不同干密度下重塑黄土的抗剪性能进行测定,对比两种方法所测得的抗剪强度参数。结果表明:用双轴贯入结合无侧限抗压试验方法测得的抗剪强度指标C、φ值,通过一定的折减可用来表示土的抗剪强度参数,且两种方法测得的C、φ值随干密度增加而增加,随含水量增大而减小。