弱胶结砂岩水致软化机理研究

为探明西北地区广泛分布的弱胶结砂岩在富水情况下的变形破坏机理，实现TBM快速掘进，首先对其力学特性进行了研究，结果表明围岩具有较明显的水致软化性质，在富水情况下岩石强度及弹性模量等力学参数会出现明显下降。采用钨灯丝扫描电子显微镜对岩样全貌、局部、孔隙的微观结构进行观察，结果表明岩石裂隙发育，由大小粒径不同的颗粒构成，裂隙由微米级的矿物填充，浸水后颗粒之间孔隙更加明显，岩块完整程度降低，能看到白色丝状的黏土矿物；数值模拟结果表明浸水前水平位移与竖向位移分别是63、112 mm，浸水后水平位移与竖向位移分别是86、182 mm，说明围岩在富水条件下变形量更大，浸水前塑性区基本全是剪切塑性区，面积达到23.22 m²，浸水后塑性区范围从顶底板扩散到帮部，塑性区面积急剧增大且出现拉伸破坏区，剪切塑性面积为89.87 m²，拉伸塑性面积为3.41 m²，是导致围岩顶板冒落的最危险区域，与现场实际表现出顶板冒落、帮部剥落的破坏现象相符。