巴东组红层软岩工程力学特性研究

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wcqadam
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我国湖北恩施巴东境内广泛分布着一种三叠系中统巴东组红层软岩(泥质粉砂岩、粉砂质泥岩)地层,因其成岩作用时间较短,且黏土矿物含量相对较高,往往极易发生水一岩相互作用而加速岩体物理风化,从而引发大量的边坡失稳和防护工程变形破坏的病害。   在工程实践中,这种性质的地层在工程开挖前性质并不差,但开挖后不久便出现显著的强度恶化。近50年来,地质部门对巴东组软岩及其崩积体的分布特征及其主要工程特征已有了比较深刻的认识,但这些研究多以区域研究为主,未做过任何系统的工程研究,缺乏应有的研究深度,以致人们对这类岩石发生的地质灾害的防范缺乏有力的理论依据。本文依托宜昌至巴东高速公路工程,选取典型的巴东组粉砂质泥岩开展其微观性质、力学性质、水理性质、崩解特性、软化特性、风化强度折损等工程特性试验研究,并基于FLAC3D开展因岩体强度劣化导致的边坡失稳破坏的数值模拟分析。论文主要开展的工作如下:   (1)采用薄片鉴定、X射线衍射、SEM电镜扫描等微观测试手段,研究了巴东组泥质粉砂岩、泥岩微观性质研究。两者微观结构和化学组份的差异是其力学强度和抗风化能力不同的内在因素。通过对泥质粉砂岩和粉砂质泥岩的能谱对比分析可知,Na、K、Ca等活性元素含量与岩石抗风化能力密切相关。   (2)进行了耐崩解试验和静态崩解试验,试验结果表明,微风化岩石耐崩解指数随循环次数增大而减小,且耐崩解指数与循环次数n遵循二次抛物线分布规律;全强风化的碎屑大颗粒(>2mm)崩解趋于稳定之后主要表现为细粒剥离特点。通过单轴压缩试验和三轴剪切试验,分析了不同风化程度、不同含水状态下强度变形参数的变化规律,探讨了岩石强度损失的影响因素。在三轴试验的基础上,论文研究得出残余强度和峰值强度均随着围压的增大且呈线性增大趋势的规律。   (3)在5阶段干湿循环试验结果基础上,探讨了室内试验条件下巴东组软岩试样强度折损规律。基于损伤力学理论和统计理论,建立了基于weibull分布的岩石损伤本构模型,研究了巴东组软岩干湿循环强度损伤效应。研究表明干湿循环过程中水对泥质粉砂岩强度的劣化是一个累进渐增的过程。模型参数m值表征岩石的脆性程度,m值随干湿循环程度加深而减小,塑性变形特点愈加明显。   (4)基于剪切强度试验参数与FLAC3D软件,选定某典型巴东组软岩边坡开展不同强度折损系数下边坡数值模拟分析。重点探讨边坡在岩体强度变形参数折损作用下的应力、变形分布特点,模拟了边坡的实际岩质边坡工程的稳定性问题。结果表明,岩体强度参数的劣化是导致软岩边坡发生破坏的内在因素。
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