泥岩变形特性与能量特征的试验研究

合集下载

泥岩实验报告

泥岩实验报告泥岩实验报告引言泥岩是一种由细粒颗粒组成的沉积岩石，具有较强的塑性和可压缩性。

在地质工程和建筑领域中，对泥岩的性质和力学行为进行实验研究具有重要意义。

本实验旨在通过一系列实验方法，探究泥岩的物理和力学特性。

实验一：泥岩的物理性质首先，我们对泥岩进行了物理性质的测试。

通过测量泥岩的密度、孔隙度和含水率，可以了解其基本特性。

实验结果显示，泥岩的密度为X g/cm³，孔隙度为X%，含水率为X%。

实验二：泥岩的抗压强度为了研究泥岩的力学特性，我们进行了抗压强度实验。

首先，我们制备了一系列泥岩样品，并通过一台万能试验机进行实验。

实验过程中，我们逐渐增加施加在泥岩样品上的压力，记录下相应的应力和应变数据。

实验结果显示，泥岩的抗压强度为X MPa。

同时，我们还观察到泥岩在受力过程中的变形行为。

随着压力的增加，泥岩样品发生了塑性变形，并最终破坏。

实验三：泥岩的剪切强度为了进一步了解泥岩的力学行为，我们进行了剪切强度实验。

通过将泥岩样品置于剪切试验机上，施加剪切力并记录下相应的剪切应力和剪切应变数据。

实验结果显示，泥岩的剪切强度为X MPa。

在剪切过程中，我们观察到泥岩样品呈现出剪切面的形成，并伴随着一定程度的塑性变形。

实验四：泥岩的渗透性泥岩的渗透性是指其对流体渗透的能力。

为了研究泥岩的渗透性，我们进行了渗透实验。

实验中，我们使用一台渗透仪，将水压力施加在泥岩样品上，并记录下渗透压力和渗透流量的变化。

实验结果显示，泥岩的渗透性较低，渗透流量较小。

这表明泥岩具有较好的密封性，适合用于一些需要防水的工程项目。

实验五：泥岩的膨胀性泥岩的膨胀性指的是其在受水浸泡或受湿润条件下的体积膨胀程度。

为了研究泥岩的膨胀性，我们进行了膨胀实验。

实验中，我们将泥岩样品放置在水中，并记录下其体积的变化。

实验结果显示，泥岩在受水浸泡后出现了一定程度的体积膨胀。

这表明泥岩在湿润条件下可能发生体积变化，需要注意其对工程结构的影响。

研究岩石的实验报告(3篇)

第1篇一、实验目的本次实验旨在通过岩石力学实验，研究岩石的力学性质，包括抗压强度、抗拉强度、变形性能、水理性质等，为岩土工程设计和施工提供理论依据。

二、实验原理岩石力学实验主要包括以下几种：1. 岩石单轴抗压强度试验：在岩石试件上施加轴向压力，当试件破坏时，记录破坏时的最大轴向压力，以此确定岩石的单轴抗压强度。

2. 岩石抗拉强度试验（劈裂试验）：将岩石试件沿劈裂面进行拉伸，当试件破坏时，记录破坏时的最大拉伸力，以此确定岩石的抗拉强度。

3. 岩石变形试验：通过施加轴向压力，观察岩石的变形情况，分析岩石的变形规律。

4. 岩石水理性质试验：测定岩石的吸水性、软化性、抗冻性和透水性等水理性质。

三、实验仪器与材料1. 实验仪器：岩石力学试验机、万能试验机、岩样制备设备、量筒、天平等。

2. 实验材料：岩石试件、砂、水等。

四、实验步骤1. 岩石单轴抗压强度试验：（1）将岩石试件加工成标准尺寸，并对试件表面进行打磨。

（2）将试件放入岩石力学试验机，调整试验机夹具，使试件轴向压力方向与试件轴线一致。

（3）启动试验机，以一定的加载速度对试件施加轴向压力，当试件破坏时，记录破坏时的最大轴向压力。

2. 岩石抗拉强度试验（劈裂试验）：（1）将岩石试件加工成标准尺寸，并对试件表面进行打磨。

（2）将试件放入万能试验机，调整试验机夹具，使试件劈裂面与试验机轴线一致。

（3）启动试验机，以一定的拉伸速度对试件施加拉伸力，当试件破坏时，记录破坏时的最大拉伸力。

3. 岩石变形试验：（1）将岩石试件加工成标准尺寸，并对试件表面进行打磨。

（2）将试件放入岩石力学试验机，调整试验机夹具，使试件轴向压力方向与试件轴线一致。

（3）启动试验机，以一定的加载速度对试件施加轴向压力，记录试件的变形情况。

4. 岩石水理性质试验：（1）测定岩石的吸水性：将岩石试件放入量筒中，加入一定量的水，记录试件吸水后的质量。

（2）测定岩石的软化性：将岩石试件浸入水中，记录试件饱和后的抗压强度。

甘肃天水泥岩压缩蠕变特性试验及模型研究

甘肃天水泥岩压缩蠕变特性试验及模型研究周小棚;李部;吴礼舟;许强【摘要】The loess-rocky landslide and rock landslide have a wide distribution in Gansu Tianshui region,having a large quantity,and the major sliding surfaces are happened in mudstone.In order to further understand the creep charac-teristics of soft rock and the nature of landslide deformation and failure,YSJ—01—00 rock triaxial creep test machine was used to carry out the triaxial compression creep test on the mudstone in the natural state and obtained in Tianshui, Gansu.The complete creep curve,different stress level strain-time curves,and long-term strength of mudstone were ob-tained.The creep behaviors of the mudstone samples were analyzed,a modified Nishihara model and the failure criteria of the model were obtained.The parameters of the modified Nishihara model and the creep damage time were derived by fitting the modified Nishihara model to compression creep curve of the mudstone samples.The results show that the mod-ified Nishihara model can effectively describe mudstone creep,especially in the accelerating creep stage,which is con-ducive to the research of landslide prediction,and has great scientific significance and engineering significance to the study of loess-rock landslide,rock landslide and other soft rock in Gansu area.%甘肃天水地区黄土-岩质滑坡和岩质滑坡分布面积较广,数量较多,且滑面多处于泥岩中.为了进一步探究软岩的蠕变特性,了解滑坡变形破坏的本质,采用YSJ—01—00岩石三轴压缩蠕变试验仪对天然状态下的甘肃天水泥岩进行了分级加载条件下的三轴压缩蠕变试验,得到了泥岩的蠕变全过程曲线、不同应力水平下的应变-时间曲线和长期强度.通过对其蠕变特性进行分析,提出了一种改进的西原模型和模型的破坏判据,并利用改进的西原模型对泥岩压缩蠕变曲线进行拟合,获得了泥岩的蠕变参数,推导出蠕变破坏的时间.分析结果表明,改进的西原模型能够较好地描述泥岩的蠕变规律,特别是加速蠕变阶段,这有利于滑坡临滑预报的研究,对甘肃地区黄土-岩质滑坡、岩质滑坡和其他软岩研究等具有重要的科研意义和工程意义.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)002【总页数】7页(P139-145)【关键词】泥岩;蠕变试验;加速蠕变;蠕变模型【作者】周小棚;李部;吴礼舟;许强【作者单位】成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,成都610059;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,成都610059;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,成都610059;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,成都610059【正文语种】中文【中图分类】TU452甘肃天水市位于甘肃陇西黄土高原地带，地形复杂，沟壑纵横，地质环境脆弱，水土流失严重，历史地震频发，构造上位于南北活动构造带和西秦岭构造带的交汇处，断裂、褶皱发育，地质构造复杂，市区南北两山滑坡、泥石流密集分布，尤其是滑坡特别发育，是甘肃省地质灾害较为严重的地区之一。

岩样单轴压缩变形破坏与能量特征研究_杨圣奇

样破坏应变能与尺寸之间的关系为
K0 0. 052
=
e
-
0. 650+
1. 382 L/ D
,
R= 0. 994
( 6)
岩样破坏能与尺寸之间的关系为
W0 = 01 013PD 2 L e
-
0.
650+
1.382 L/ D
( 7)
图 5 为大理岩样破坏应变能与长径比 L / D 之
间的关系, 理论曲线分别是由式( 6) 和式( 7) 计算得
缩试验, 分析不同尺寸岩样的变形破坏特征, 探讨岩石尺寸对破坏能的影响规律. 1 岩样变形破坏特征 1. 1 试验准备
试验大理岩样主要是由方解石、白云石和菱镁矿组成, 细粒变晶结构, 密度为 2. 703 g/ cm3 . 为了研究尺寸对岩石变形破坏与能量特征的影响, 设计如下加工方案: 岩样为圆柱体, 直径为 50 mm, 长径比分别为 0. 6、1. 0、1. 5、2. 0、2. 5 和 3. 0 的一组试样. 试验在 RMT- 150B 型岩石力学伺服控制系统上进行, 采用位移控制加载, 加载速率为 0. 002 mm/ s. 试验方法是将制备好的岩样放置在试验机上, 同时在上下两端各加一个直径为 50 m m 高度为 25 mm 的钢性垫块, 然后以恒定的位移速率沿轴向施加荷载, 直至岩样破坏. 试验采用 1 000 kN 的压力传感器, 测试轴向载荷; 而采用 5 mm 的位移传感器, 测
到. 由图可见, 理论曲线和试验值吻合得很好, 这表
明本文所建岩样破坏应变能与尺寸之间的关系的正
确性与合理性. 随着长径比 L / D 的增加, 岩样归一化破坏应变能的比值呈衰减趋势, 在 L/ D 小于 2 时, 减小的幅度很剧烈, 但当长径比增加到 2 以后, K 0 / K 2 的比值减小的幅度逐渐地趋于平缓.

循环荷载作用下泥岩累积应变规律研究

关键词：分级循环荷载；泥岩；轴向累积应变；振动次数；动应力幅值
中图分类号：TU45
文献标志码：A
文章编号：2095-0144（2021）05-0016-03
1 前言西南地区分布着大量的红层泥岩。铁路路基
为红层泥岩时，列车的动载往往会产生沉降变形，威胁着列车的安全运行。研究循环荷载作用下泥岩的累计变形规律能够有效地保障列车的安全运行，具有极其重要的工程实践意义。
时间/s
图 2 循环荷载作用下岩石累计变形示意图
累积应变/‰
1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2
0
0.56 MPa
1.97 MPa
1.69 MPa 1.41 MPa 1.13 MPa 0.85 MPa 0.56 MPa
5
10
15
20
25
30
振动次数/次
图 3 振动次数与累计应变关系曲线
表 2 试验方案
试验级数
振动频率 /Hz
应力下限 /MPa
应力上限 /MPa
循环次数
1
1
0.5
0.56
30
2
0.85
3
1.13
4
1.41
5
1.69
6
1.97
7
2.26
2.3 试验原理在循环荷载作用下，试样的应变随着轴向应力
的周期性变化发生变化。由于岩石为弹塑性体，试样在一个加卸载周期内，会产生不可逆的变形，这种变形会在循环荷载作用下不断的累积，形成累积应变（图 2）。 3 试验结果分析 3.1 循环次数对累积应变的影响
图 3 为 1 MPa 围压下泥岩试样振动次数与累计应变之间的关系曲线。从图 3 中可以看出，在同一围压，同一振动幅值条件下，试样的累计应变均随着振动次数的增加而增加。

崩解泥化过程中泥岩强度衰减因素研究

崩解泥化过程中泥岩强度衰减因素研究1前言泥岩是一种由泥质颗粒组成的岩石，广泛分布于全球各地，是石油和天然气开发过程中遇到的主要岩石之一。

由于泥岩中存在大量的粘土矿物，其力学性质常常非常脆弱，易于发生崩解和泥化现象。

因此，研究泥岩崩解泥化过程中强度衰减因素具有重要的理论和实际意义。

2泥岩的力学特性泥岩的基本成分是粘土矿物和颗粒石英等，其力学性质具有以下特点：（1）弹性模量低泥岩的弹性模量通常在1-10GPa范围内，远远低于砂岩、灰岩和花岗岩等岩石。

这是由于泥岩中存在大量的粘土矿物，在应力作用下易于形成微观裂隙和变形。

（2）抗压强度低泥岩的抗压强度通常在10-100MPa范围内，比较脆弱，易于发生破裂和崩解。

（3）剪切强度低泥岩的剪切强度通常在1-10MPa范围内，比较脆弱，易于发生滑动和泥化。

3泥岩崩解泥化过程泥岩的崩解泥化过程是一个复杂的动态过程，通常可以分为以下几个阶段：（1）初始裂隙形成阶段在受到应力作用下，泥岩中的粘土矿物和颗粒石英等会出现微观变形和裂隙形成。

在这个阶段，泥岩的弹性模量和抗压强度会逐渐降低。

（2）裂隙扩张阶段随着应力的继续增加，在泥岩中已存在的裂隙上会出现新的裂隙，并沿着原有的裂隙扩张。

在这个阶段，泥岩的弹性模量和抗压强度会进一步降低。

（3）裂隙连通阶段当泥岩中的裂隙足够多，且互相连通时，泥岩就会失去整体性，出现崩解和泥化现象。

在这个阶段，泥岩的弹性模量和抗压强度会急剧下降，泥岩的稳定性也将受到严重威胁。

4泥岩强度衰减因素泥岩崩解泥化过程中，强度衰减是一个重要的影响因素。

泥岩强度衰减的原因主要有以下几个方面：（1）裂隙形成和扩张泥岩在受到应力作用下，内部会出现微观裂隙和变形，这些裂隙和变形会导致泥岩整体的强度下降。

（2）水的影响水是一个重要的因素，它可以影响泥岩中水分的含量，从而影响泥岩的强度。

当水分含量较高时，它会填充泥岩中的裂隙和缝隙，并充当润滑剂，降低泥岩的摩擦系数和强度。

干湿循环作用下红层泥岩强度及变形特性研究进展

———————————————————————基金项目:甘肃省住房和城乡建设厅建设科技项目（JK2023-14）。

作者简介:胡俊卿（1987-），男，甘肃天水人，本科，工程师，研究方向为建筑工程；李旭庆（通讯作者）（1995-），男，山西朔州人，硕士生，研究方向为岩土工程。

0引言红层主要指侏罗纪到新近纪的陆相红色岩系，分布面积约达826389km 2[1]。

由于构造运动的影响，红层岩体产状和基本特性差异较大，易受水、温度及空气等自然因素的影响[2]。

水对红层泥岩结构的破坏性最为显著且不可逆，干湿循环作用会进一步加剧这种破坏，从而引发红层泥岩区域工程的破坏，如矿井坍塌、建筑结构、边坡失稳及边坡坡面剥蚀等[3，4]。

红层泥岩在自然界会经历反复的干湿循环，在经历第一次循环后岩体产生的裂缝较小，其内部结构的破环会随时间的推移而累积。

干湿循环对红层泥岩影响具有周期性，分别是以天为循环的晴雨天频繁变化和以季节剧变为周期的变化，二者都会使红层泥岩发生微小破裂。

在以季节剧变为周期作用下，更可能从量变引起质变，使红层泥岩微裂缝发生突变，剥离岩体[5]。

因此，干湿循环作用下红层泥岩特性变化的研究对工程建设和长期服役意义重大。

通过VOS viewer 数据库分析发现，近几年与干湿循环作用下红层泥岩性质变化领域相关的研究颇多，如图1所示，关于红层泥岩在干湿循环作用下的性质研究主要集中在崩解性、变形及强度变化等方面。

其次，还可看出部分学者对红层泥岩在干湿循环作用下性质变化与所处环境等的关联性也有研究。

1干湿循环对红层泥岩强度的影响1.1抗压强度红层泥岩抗压强度不仅与矿物组成、胶结程度、裂缝分布及含水状态等有关[6，7]，同时也受干湿循环作用的影响。

干湿循环初始损伤程度对红层泥岩力学性质有着不可忽略的影响[8，9]。

干湿循环作用下红层泥岩强度及变形特性研究进展Research Progress on the Characteristics of Mudstone in Red Bed under Dry and Wet Cycles胡俊卿①HU Jun-qing ;李旭庆②LI Xu-qing ;曾兵兵①ZENG Bing-bing ;高青栋②GAO Qing-dong ;李高娟②LI Gao-juan（①甘肃建投建设有限公司，兰州730050；②兰州交通大学，兰州730070）（①Gansu Jiantou Construction Co.，Ltd.，Lanzhou 730050，China ；②Lanzhou Jiaotong University ，Lanzhou 730070，China ）摘要:水对红层泥岩结构的破坏最为显著且不可逆，干湿循环作用会近一步加剧这种破坏，使红层泥岩发生变形，产生裂缝，导致红层泥岩内部结构损坏并不断累积，致使红层泥岩强度下降。

泥岩实验报告

实验名称：泥岩物理性质实验实验日期：2023年X月X日实验地点：XX大学地质实验室一、实验目的1. 了解泥岩的基本物理性质。

2. 掌握泥岩的实验方法及数据处理。

3. 分析泥岩的物理性质对工程应用的影响。

二、实验原理泥岩是一种沉积岩，主要由黏土矿物组成。

本实验主要研究泥岩的物理性质，包括密度、含水率、抗剪强度等。

实验原理基于泥岩的物理性质与其工程应用密切相关，通过实验可以了解泥岩的工程特性。

三、实验仪器与材料1. 仪器：密度计、烘干箱、剪力试验机、游标卡尺、天平等。

2. 材料：泥岩样品。

四、实验步骤1. 密度测定（1）将泥岩样品放入烘干箱中，烘干至恒重。

（2）用天平称取烘干后的泥岩样品质量。

（3）用游标卡尺测量泥岩样品的尺寸。

（4）根据公式计算泥岩的密度。

2. 含水率测定（1）将泥岩样品放入烘干箱中，烘干至恒重。

（2）用天平称取烘干后的泥岩样品质量。

（3）用游标卡尺测量泥岩样品的尺寸。

（4）根据公式计算泥岩的含水率。

3. 抗剪强度测定（1）将泥岩样品制备成圆柱形试件。

（2）将试件放入剪力试验机中，进行抗剪试验。

（3）记录试件的破坏荷载。

（4）根据公式计算泥岩的抗剪强度。

五、实验数据及结果1. 密度实验样品编号：1烘干后质量（g）：10.0尺寸（cm）：2.0×2.0×2.0密度（g/cm³）：2.52. 含水率实验样品编号：1烘干后质量（g）：8.0尺寸（cm）：2.0×2.0×2.0含水率（%）：20%3. 抗剪强度实验样品编号：1破坏荷载（kN）：10.0抗剪强度（kPa）：5000六、实验结果分析1. 通过实验，可以得出泥岩的密度、含水率和抗剪强度等物理性质。

2. 泥岩的密度与黏土矿物的含量有关，实验样品的密度为2.5g/cm³，说明黏土矿物含量较高。

3. 泥岩的含水率对工程应用有较大影响，实验样品的含水率为20%，需注意水分对工程的影响。

灰质泥岩压密段变形分析与能量传递研究

研究了岩石的变形破坏过程，分析了此过程的能量耗散及能量释放特性。他认为在岩石变形破坏过程中，
含粉砂灰质泥岩不同围压下的三轴压缩试验，分析了
该地区泥岩压密强度与围压的关系，并研究了含粉砂
大，对其强度的影响就越大。
关键词：压密强度
应力一应变曲线三轴压缩能量传递弹性势能
中图分类号：ＴＵ４５２文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３一ｌ９９５．２０１３．１２．２６
物线；随着围压的增大压密段逐渐变短，压密强度逐渐增大并趋近于一定值；在高围压状态下应力一应变曲线无明显裂隙压密段。无论低围压还是高围压状态下，岩石试样裂隙压密阶段传递的能量与压密
强度对应的轴向应变均成函数关系。低围压情况下，围压一定时，轴向应变增大，压密段储存的弹性势能增大，则试件中存在的微裂隙的密度越大，岩石试样的峰值强度减小。峰值强度、围压、压密段弹性势能存在近似的函数关系式。高围压情况下，轴向应变越大，所传递的能量就越大，试样中微裂隙密度越
１试验概况
本次试验采用的三轴试验仪器是Ｔｗ．２０００微机控制岩石伺服三轴压力试验机，仪器最大轴向力为

湿热力作用下粉砂质泥岩开裂特性研究

湿热力作用下粉砂质泥岩开裂特性研究曾铃;郭雨;查焕奕;高乾丰;黎繁;卞汉兵【期刊名称】《湖南大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2024(51)1【摘要】为探究湿热力作用下粉砂质泥岩的开裂特性,开展裂隙演化试验,得到湿热力单因素及多因素耦合循环作用下粉砂质泥岩的裂隙演化规律,同时利用X射线衍射、扫描电镜研究其微观结构变化特征,分析宏观和微观试验结果关联性,揭示湿热力作用下粉砂质泥岩裂隙扩展机制.研究结果表明:粉砂质泥岩裂隙发育表现为增长-平缓趋势;在单因素循环作用中,湿度循环(浸水~烘干)最易造成粉砂质泥岩开裂,温度循环(5~60℃)次之,荷载循环(0~50 kPa)最弱;在多因素耦合循环作用中,裂隙发育程度排序为:湿热力>湿热>湿力>热力,验证了湿度循环致裂性最强的结论.湿热力耦合循环作用15次后裂隙率达0.92%,裂隙条数增至30条,平均长度延伸至60.58 mm,而平均宽度稳定在0.47 mm左右.孔隙率与裂隙率的灰关联度最大,为0.813,即微观结构变化中孔隙发育与裂隙扩展的关联程度最大.湿热力耦合循环作用中,湿度循环引起黏土矿物晶层间距变化,导致颗粒破碎、孔隙扩张形成微裂隙,温度循环使试样产生差异性热应力、水分分布,促使微裂隙发育贯通,荷载作用增加尖端应力,最终导致裂隙网络形成.【总页数】11页(P126-136)【作者】曾铃;郭雨;查焕奕;高乾丰;黎繁;卞汉兵【作者单位】桥梁工程安全控制教育部重点实验室(长沙理工大学);长沙理工大学土木工程学院;长沙理工大学交通运输工程学院【正文语种】中文【中图分类】U416.1【相关文献】1.低温冻结作用下砂质泥岩基本力学特性试验研究2.不同围压和温度下粉砂质粉质泥岩裂隙的渗流特性3.温湿循环作用对三峡库区岸坡粉砂质泥岩力学特性及能量演化的影响研究4.循环荷载作用下富水砂质泥岩动变形特性试验研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

巴东组泥岩蠕变力学特性及边坡变形与支护的时效性研究

巴东组泥岩蠕变力学特性及边坡变形与支护的时效性研究巴东组泥岩是红层软岩的一种,是典型的易滑地层,因此研究巴东组泥岩的力学特性有着十分重要的意义。

本文以巴东组泥岩为研究对象,开展了一系列室内瞬时力学试验和蠕变力学试验,在充分掌握了巴东组泥岩的力学特性基础上,建立了适用于巴东组泥岩的非线性蠕变本构模型,并采用最小二乘法对蠕变本构模型进行参数识别,对新建的蠕变本构模型进行了程序的二次开发和验证,最后应用二次开发的creep子程序建立数值模型,对边坡在支护前后表现出来的时效性变形特征进行了分析,主要研究内容和结论如下:（1）影响巴东组泥岩力学性质最根本的原因是巴东组泥岩的物质成分,其产生崩解性和膨胀性的原因为其内部存在的Ca2+、Mg2+、K+等交换性阳离子,这些离子吸附在泥岩颗粒表面,使得岩石颗粒具有较高的亲水性。

巴东组泥岩富含高岭石、伊利石和蒙脱石等黏土矿物,在水介质参与过程中,会发生一系列的溶解、离子交换,容易造成矿物间孔隙的扩大的同时造成矿物间的联结能力降低,在外力作用下,最终导致巴东组泥岩内部微观裂纹的扩展,进而造成岩石的破坏。

（2）在单轴和三轴常规压缩试验下,分析了岩石破裂过程中的能量变化特征;改进划分岩石变形阶段的轴向应力差方法,确定了天然和饱和条件下裂纹闭合应力、启裂应力值,更准确划分了岩石变形的5个阶段;水对巴东组泥岩强度和变形的影响是显著的,饱和条件下的单轴压缩强度、三轴压缩强度均有所下降,而对应的峰值应变明显增加;岩石的破坏形态主要有两种形式:单轴条件下巴东组泥岩主要为脆性断裂破坏,而在三轴条件下则主要变现为压剪破坏,且伴随一定延性破坏。

（3）巴东组泥岩在直剪试验过程中,表现出脆性特征,剪应力峰值“跌落”明显;剪断面通常覆盖碎石,而碎石的重复剪切使得剪应力存在较大波动,有时会出现多个剪应力峰值,难以判断峰值剪应力。

泥岩吸水膨胀-蠕变试验

泥岩吸水膨胀-蠕变试验
泥岩吸水膨胀-蠕变试验是一种用于研究泥岩在吸水后的膨胀和蠕变行为的实验。

泥岩是一种沉积岩，主要由黏土矿物组成，具有吸水膨胀的特性。

当泥岩吸水后，其体积会发生膨胀，并可能产生蠕变现象。

蠕变是指材料在恒定应力或应变下，随时间发生缓慢变形的过程。

在泥岩吸水膨胀-蠕变试验中，通常会将泥岩样品置于水中，观察其吸水膨胀的过程，并记录膨胀量和时间的关系。

同时，还会对泥岩样品施加一定的应力或应变，观察其蠕变行为，并记录蠕变速率和时间的关系。

通过泥岩吸水膨胀-蠕变试验，可以了解泥岩的吸水膨胀特性和蠕变行为，为泥岩地区的工程建设和地质灾害防治提供重要的理论依据。

同时，该试验还可以为泥岩的工程力学性质研究和泥岩力学模型的建立提供基础数据。

在进行泥岩吸水膨胀-蠕变试验时，需要注意控制试验条件，如水温、水质、应力或应变的大小和加载速率等，以保证试验结果的准确性和可靠性。

同时，还需要对试验数据进行合理处理和分析，以提取有用的信息和规律。

岩石变形破坏过程中的能量耗散分析

岩石变形破坏过程中的能量耗散分析一、本文概述岩石作为地球的主要构成部分，其变形和破坏过程不仅关乎地质稳定性，也对人类工程活动如采矿、隧道建设、地震预测等具有深远的影响。

深入理解岩石在变形和破坏过程中的能量耗散机制，对于揭示其内在的物理化学过程，预测灾害发生，以及优化工程设计和施工都具有重要的理论和实践意义。

本文旨在通过系统分析岩石在变形破坏过程中的能量耗散行为，探讨其耗散机制，揭示其耗散规律，以期能为相关领域的研究和实践提供有益的参考和启示。

本文将首先回顾岩石变形破坏过程的相关理论和研究成果，阐述能量耗散分析的基本原理和方法。

接着，通过实验室模拟和现场观测，分析岩石在变形破坏过程中的能量耗散特征，揭示其耗散机制。

在此基础上，结合理论分析和数值模拟，探讨岩石能量耗散与变形破坏之间的关系，提出预测岩石破坏的新方法和思路。

对本文的研究成果进行总结，并对未来的研究方向进行展望。

本文的研究不仅对深化岩石力学理论具有重要的学术价值，也为解决工程实际问题提供了新的视角和方法。

我们期待通过本文的研究，能够为岩石力学领域的发展做出一定的贡献。

二、岩石变形破坏的基本过程岩石的变形破坏过程是一个涉及多物理场耦合的复杂过程，其中能量的转化与耗散是理解这一过程的关键。

在理解岩石变形破坏的基本过程之前，我们需要先认识到岩石是一种由多种矿物颗粒通过复杂的物理和化学作用形成的天然复合材料，具有特定的力学属性和变形行为。

当岩石受到外部载荷作用时，其内部将产生应力。

这些应力会促使岩石内部的矿物颗粒和微裂纹发生重新排列和变形。

在初始阶段，岩石表现出弹性变形，即应力与应变之间呈线性关系。

随着应力的增加，岩石开始进入弹塑性变形阶段，此时部分应力会以塑性应变的形式被耗散。

当应力达到岩石的强度极限时，岩石内部的微裂纹开始扩展并连接，形成宏观裂纹，导致岩石的破坏。

这一过程伴随着大量的能量释放，其中一部分能量以弹性波的形式传播出去，另一部分则转化为热能、声能等其他形式的能量耗散。

粉砂质泥岩体积蠕变特性试验研究

粉砂质泥岩体积蠕变特性试验研究于怀昌;刘激烈;王硕楠;刘艳刚;唐茂军【摘要】采用RLJW-2000型岩石流变伺服仪,在三轴压缩条件下进行了饱和粉砂质泥岩蠕变试验.依据试验结果,对岩石体积蠕变阶段进行了划分,分析了岩石的体积蠕变规律.在此基础上,进一步分析了岩石体积蠕变速率的变化规律.研究结果表明:粉砂质泥岩的体积蠕变曲线以及体积蠕变速率曲线可以划分为3个不同的阶段；应力水平9 MPa是粉砂质泥岩从以轴向压缩变形为主转变为以径向膨胀变形为主的临界应力；应力水平15 MPa是粉砂质泥岩体积产生扩容的临界应力.研究成果可以丰富和完善岩石流变力学理论,为岩石蠕变破裂失稳的研究提供科学依据.【期刊名称】《华北水利水电学院学报》【年(卷),期】2013(034)004【总页数】3页(P14-16)【关键词】粉砂质泥岩;三轴压缩;蠕变试验;体积蠕变;体积蠕变速率【作者】于怀昌;刘激烈;王硕楠;刘艳刚;唐茂军【作者单位】华北水利水电大学,河南郑州450045;中国建筑西南勘察设计研究院有限公司,四川成都610081;河南省地质工程勘察院,河南郑州450001;河南省地质工程勘察院,河南郑州450001;西北综合勘察设计研究院成都分院,四川成都610045【正文语种】中文【中图分类】TU458岩石体积蠕变及体积扩容现象是岩石、尤其是软岩所具有的一种特性，同时也是岩石流变力学特性研究的重要内容之一.目前，关于岩石体积蠕变特性，尤其是三向应力状态下的体积蠕变特性的研究成果还较少［1－3］.因此，笔者采用RLJW－2000 型岩石三轴流变伺服仪，对粉砂质泥岩进行三轴压缩蠕变试验，并基于试验结果，研究岩石蠕变过程中体积蠕变、体积蠕变速率的变化规律，以期丰富和完善岩石流变力学理论，为岩石蠕变破裂失稳的研究提供科学依据，对于保障工程的长期稳定与安全运营具有重要的意义［4－7］.1 岩石基本物理力学性质试验所用粉砂质泥岩取自三峡地区巴东组二段弱—微风化的粉砂质泥岩层.对粉砂质泥岩的基本物理水理性质进行了室内试验测定，其物理水理性质指标见表1.依据国际岩石力学学会试验规程制作圆柱形岩石试样［8］，试样尺寸φ50mm×100 mm.采用真空抽气饱和法，将试样饱水24 h 后作为饱和试样用于岩石常规力学试验以及三轴压缩蠕变试验.表1 粉砂质泥岩的主要物理水理性质指标采用TAWA－2000 岩石三轴压力试验机，对饱和粉砂质泥岩进行常规单轴、三轴压缩试验，采用轴向应变控制，加载速率为0.01 mm/s.粉砂质泥岩的单轴抗压强度为11.96 MPa，1 MPa 围压下粉砂质泥岩的峰值抗压强度为26.63 MPa.2 蠕变试验方法与试验结果三轴压缩蠕变试验在河南省岩土力学与结构工程重点实验室内进行，仪器采用RLJW－2000 岩石三轴、剪切流变伺服仪，仪器性能满足岩石蠕变试验要求［9］. 蠕变试验采用分级加载方法，试验围压1 MPa.将1 MPa 围压下常规三轴压缩试验得到的粉砂质泥岩试样抗压强度的75%～85%作为蠕变试验中拟施加的荷载，在岩石试样上分级施加.当试样变形增量小于0.001 mm/d 时，则认为岩石蠕变已达到稳定状态，可以施加下一级荷载.当试样发生蠕变破坏后，试验停止.试验过程中，试验数据由计算机自动采集，数据采集频率以及室内温度、湿度的设置参考文献［9］.此次蠕变试验，共施加9 级轴向荷载，图1 为试验得到的岩石分级加载蠕变曲线.曲线上的不同数值表示轴向应力水平值.图1 粉砂质泥岩分级加载的蠕变曲线3 体积蠕变规律体积应变不能直接由试验测得，可按下式计算，式中:εv为体应变;ε1为轴向应变;ε3为径向应变;各应变的符号以压为正、拉为负.基于岩石的轴向应变和径向应变试验结果，根据式(1)计算得到粉砂质泥岩体积蠕变曲线，如图2所示.图2 粉砂质泥岩体积蠕变曲线由图2 可知，岩石的体积应变可以划分为瞬时应变与蠕应变2 部分.前8 级应力水平下，体积蠕变曲线可分为衰减蠕变与稳定蠕变2 个阶段.在第9级应力水平下，体积蠕变曲线可以划分为衰减蠕变、稳定蠕变、加速蠕变3 个阶段.岩石体积应变与时间的关系要比轴向应变以及径向应变随时间变化的关系复杂.在每级应力水平下，体积蠕变曲线都表现出一定程度的波动，说明与轴向应变、径向应变相比，岩石的体积应变可以更准确地反映出试样承载力随时间增加而不断损伤弱化的过程. 由图2 还可以看出，随着时间的增加，粉砂质泥岩体积应变呈现非线性变化过程:岩石体积压缩、应变增加到应变逐渐减小再到扩容.当应力水平为3 MPa时，体积蠕变曲线变化较小.随应力水平增加，粉砂质泥岩被压缩，体积应变增加，但增加速率较小.从3 MPa 到9 MPa 历时373.3 h，体积应变由0.069%增加至0.093%，此时体积压缩应变达最大值，之后体积应变开始逐渐减小，表明应力水平9 MPa是试样从以轴向压缩变形为主转变为以径向膨胀变形为主的临界应力.当应力水平达15 MPa时，试样体积应变从0.014%迅速减小至0%，之后变为负值，此时岩样发生反向扩容，因此，15 MPa 应力水平是粉砂质泥岩体积产生扩容的临界应力.与轴向应变相比，径向应变增加速度快，因此岩样体积随着时间的增加发生持续扩容.在191.23 h 内由0%减小为－0.52%，反向增加0.52%，此时试样体积呈增加趋势.但在19.8 MPa 应力水平下，岩石体积变形几乎以与体积应变轴平行的增长趋势加速蠕变，发生瞬间破坏，体积扩容，体积应变达－0.696%，这一应变值是体积压缩应变最大值的7.48 倍，体积扩容效应非常明显.4 体积蠕变速率规律计算图2 中各时刻体积蠕变曲线的斜率，可得到不同应力水平下粉砂质泥岩体积蠕变速率曲线.为清晰起见，这里仅分析第8 级、第9 级应力水平下体积蠕变速率曲线，如图3 所示.图3 粉砂质泥岩体积蠕变速率曲线从图3 中可以看出，与体积蠕变阶段相对应，在第8 级应力水平(17.7 MPa)下，粉砂质泥岩体积蠕变速率可以划分为初始蠕变速率与稳态蠕变速率2个阶段.初始蠕变速率阶段:随时间的增加，体积蠕变速率快速衰减至一个恒定值;稳态蠕变速率阶段:体积蠕变速率随时间的增加基本保持不变.在第9级应力水平(19.8 MPa)下，出现加速蠕变速率阶段，随时间的增加，体积蠕变速率迅速增大，岩样发生蠕变破裂.在第8 级应力水平下，在初始蠕变速率阶段的0.5 h 内，体积蠕变速率由4.29×10－4 mm/h 减小为4.48 ×10－5 mm/h，之后进入稳态蠕变速率阶段;在第9 级应力水平作用下，初始蠕变速率阶段粉砂质泥岩的体积蠕变速率迅速增加，在0.8 h 内增加至6.07 ×10－4 mm/h，之后又迅速减小，进入稳态蠕变速率阶段，速率保持在1.85 ×10－5 mm/h 左右，在770 h 处进入加速蠕变速率阶段，体积蠕变速率迅速增加，导致岩样发生破裂.5 结语1)粉砂质泥岩体积蠕变曲线可划分为衰减蠕变、稳定蠕变及加速蠕变3 个蠕变阶段.与体积蠕变阶段相对应，体积蠕变速率曲线也可划分为初始蠕变速率、稳态蠕变速率及加速蠕变速率3 个阶段.2)应力水平9 MPa 是粉砂质泥岩从以轴向压缩变形为主转变为以径向膨胀变形为主的临界应力，应力水平15 MPa 是粉砂质泥岩体积产生扩容的临界应力.3)加速蠕变阶段，岩石体积蠕变量、体积蠕变速率增加非常迅速，从而使岩石的破裂具有突变性，不易控制.在工程中应对这一现象引起足够的重视.参考文献［1］杨圣奇，刘相如.不同围压下断续预制裂隙大理岩扩容特性试验研究［J］.岩土工程学报，2012，34(12):2188－2197.［2］杨圣奇.岩石流变力学特性的研究及其工程应用［D］.南京:河海大学，2006. ［3］王安明.层状盐岩变形机理及非线性蠕变本构模型［D］.武汉:中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所)，2008.［4］黄志全，陈贤挺，姜彤，等.小浪底水库1#滑坡体非饱和土强度特性试验研究［J］.岩土力学，2009，30(3):640－644.［5］黄志全，陈宇，宋日英，等.三门峡地区黄土状粉质黏土非饱和性质试验研究［J］.岩土力学，2010，31(6):1759－1762.［6］黄志全，吴林峰，王安明，等.基于原位剪切试验的膨胀土边坡稳定性研究［J］.岩土力学，2008，29(7):1764－1768.［7］王俊，李小雄，王常敏.水电工程高边坡变形机理与工程治理［J］.华北水利水电学院学报，2002，23(4):26－29.［8］International Society for Rock Mechanics.Suggested methods fordetermining the strength of rock material in triaxial compression［J］.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts，1978，15(2):47－51.［9］于怀昌，李亚丽，刘汉东.粉砂质泥岩常规力学、蠕变以及应力松弛特性的对比研究［J］.岩石力学与工程学报，2012，31(1):60－70.。

粉砂质泥岩料的湿化变形特性试验研究

粉砂质泥岩料的湿化变形特性试验研究黄泽安;左永振【摘要】为了研究粉砂质泥岩料的湿化变形特性,采用长江科学院大型三轴仪进行了单线法三轴湿化试验,试样尺寸Ф300 mm×H600 mm,试验围压0.1、0.4、0.8、1.2 MPa四级,应力水平为0.0、0.2、04、0.6、0.8五级.通过三轴湿化试验获得了粉砂质泥岩料的湿化变形特性,轴向湿化应变与湿化应力水平密切相关,与围压关系不明显;体积湿化应变与湿化应力水平、围压均相关,并提出了湿化模型及模型参数.最后,将本次粉砂质泥岩料的湿化变形成果与花岗岩湿化变形成果进行了对比分析,粉砂质泥岩料的湿化变形量明显大于硬岩料的湿化变形量.【期刊名称】《广西水利水电》【年(卷),期】2018(000)003【总页数】5页(P1-5)【关键词】土石坝;粉砂质泥岩;湿化特性;单线法【作者】黄泽安;左永振【作者单位】广西水利电力勘测设计研究院,南宁 530023;长江水利委员会长江科学院,武汉 430010【正文语种】中文【中图分类】TU411.7土石坝筑坝料的湿化变形，是指筑坝材料在一定的应力状态下浸水，由于颗粒之间被水润滑或者颗粒浸水软化等引起的颗粒相互滑移、破碎和重新排列，进而发生变形的现象。

筑坝料在浸水湿化时产生变形，将引起坝体的应力应变状态发生变化，常产生不利于坝体安全运营的应力调整和变形。

大量工程实例证明，湿化变形对于土石坝的应力重分布和稳定性具有重要影响[1-4]。

因而，研究筑坝材料的湿化变形对土石坝的变形和稳定影响有重要的意义。

目前国内外开展的筑坝材料的湿化变形试验，多针对硬岩或较硬岩材料，而对软岩的湿化变形试验和分析较少涉及。

随着筑坝技术的发展，软岩料筑坝的应用也越来越多，目前国内外利用软岩料筑坝的工程有：1969年建成的美国Cabin Creek坝（高76 m），1987年建成印度尼西亚Cirata坝（髙125 m），以及我国的天生桥一级、大坳、鱼跳、水布垭大坝等。

泥岩填料物理力学特性的试验研究

用作路堤填料的泥岩进行力学特性的研究是非常必要的。２泥岩的基本物理性质泥岩一般是富含黏土矿物的强风化岩，大多已失去母岩特性，
基床下路堤强度的要求。
３５软化系数试验．
在路堤填筑时，料是在一定的压实系数（５％、０％等）最填９９及
一
般为２ｏ～．０ｇｅ；重一般为２７一．４；塑限一般分别为水软化问题。软化系数Ｋ．ｏ２１／ｍ比．ｌ２７液ｐ一般是指岩石在无侧限情况下饱和状态
３～ｏ％、３２％；然孔隙比一般为０４～．５；有与膨胀土相抗压强度与干燥状态抗压强度的比值；也可用于压实土体情况。０４１～Ｏ天．９０６具系
Ｉ＿蝮堑望
中国高新技术企业
混填杆｛｝白理乃特性的试验前琵
◇ 文／秦晓晗谢来坤
【要】摘为解决高速铁路路基优质填料缺乏的Ｐ题，通过试验，对泥岩填பைடு நூலகம் 浸水前后特性进行了对比，－ｌ得
似的湿化变形的特性，其膨胀性往往是比较低的。泥岩有显著的指压实土体浸水饱和后与浸水前的无侧限强度之比。本文中的软化但ｐ是指后者。为了与实际应力状态更接近，了围压０ｋａ外除Ｐ崩解特性．作为路基填料要经过工前处理，刚爆破出来的泥岩系数Ｋ其将裸露于大气阳光和雨中．水或自然让其崩解破碎，般在７１洒一～５天还做了围压为５１０ｋａ下的软化试验。验采用不固结不排水三０、ｏＰ试

《2024年特殊岩性岩心实验分析新方法研究》范文

《特殊岩性岩心实验分析新方法研究》篇一一、引言随着地球科学和资源勘探技术的不断发展，特殊岩性的研究变得日益重要。

特殊岩性是指具有独特物理、化学和工程特性的岩石，其岩心实验分析对于资源开发、地质灾害防治和环境保护等领域具有重要意义。

然而，由于特殊岩性的复杂性和多样性，传统的岩心实验分析方法往往难以满足实际需求。

因此，本文提出一种新的特殊岩性岩心实验分析方法，以期为相关领域的科研和实践工作提供有益的参考。

二、特殊岩性及其研究意义特殊岩性主要包括泥岩、页岩、盐岩、石膏等，这些岩石具有独特的物理、化学和工程特性，对资源开发、地质灾害防治和环境保护等领域具有重要影响。

例如，页岩气、油页岩等特殊岩性的开采利用已成为能源开发的重要方向；而盐岩和石膏等特殊岩性的开采和利用则涉及到地质灾害的防治和环境保护等方面。

因此，对特殊岩性的研究具有重要的理论和实践意义。

三、传统岩心实验分析方法的局限性传统的特殊岩性岩心实验分析方法主要包括物理性质测试、化学成分分析和工程性质试验等方面。

然而，这些方法往往存在以下局限性：一是测试手段单一，难以全面反映特殊岩性的复杂特性；二是实验过程繁琐，耗时较长，难以满足实际需求；三是实验结果受人为因素影响较大，准确性有待提高。

因此，需要探索新的实验分析方法，以提高特殊岩性研究的准确性和效率。

四、新方法的研究内容针对传统方法的局限性，本文提出一种新的特殊岩性岩心实验分析方法。

该方法主要包括以下几个方面：1. 多元测试手段：采用多种测试手段对特殊岩性进行全面分析，包括物理性质测试、化学成分分析、微观结构观察等。

2. 自动化技术：引入自动化技术，如自动采样、自动测试等，以简化实验过程，提高测试效率。

3. 人工智能技术：利用人工智能技术对实验数据进行处理和分析，提高数据的准确性和可靠性。

4. 综合考虑多种因素：在分析过程中综合考虑地质环境、成岩过程等多种因素对特殊岩性的影响。

五、新方法的实验步骤与结果分析根据新方法的研究内容，我们进行了以下实验步骤：1. 采集具有代表性的特殊岩性岩心样品。

兰州地区红层泥岩物理力学特性试验

兰州地区红层泥岩物理力学特性试验余云燕; 罗崇亮; 包得祥; 王鹏【期刊名称】《《兰州交通大学学报》》【年(卷),期】2019(038)005【总页数】6页(P1-6)【关键词】物理力学特性; UU三轴试验; 红层泥岩【作者】余云燕; 罗崇亮; 包得祥; 王鹏【作者单位】兰州交通大学土木工程学院兰州 730070【正文语种】中文【中图分类】TU411红层泥岩是指外观主色调为红色的碎屑和黏土沉积岩，主要形成于白垩系、侏罗系、三叠系及第三系的陆相沉积.我国红层泥岩广泛分布于华东、华北、西南、西北、东北及中南等地区[1].甘肃境内的红层泥岩分布面积约7.956万km2，约占全省总面积的五分之一[2].由于甘肃境内红层泥岩的工程特性很差[3-5]，使红层地区的公路出现路基沉降、翻浆冒泥等病害[6-8].因此高速公路建设中如何使用红层泥岩就成为工程技术人员普遍关注的问题.我国南方地区红层泥岩和红黏土的研究成果颇多.刘俊新[9]对西南地区的红层泥岩进行了大量试验研究，发现其主要矿物成分为：蒙脱石、石英及伊利石.最优含水率为12.81%，最大干密度为1.855 g/m3.赵蕊等[10]对贵阳地区的重塑红黏土进行三轴试验，研究发现，随着含水率的增加，贵阳重塑红黏土的破坏形式由剪切破坏逐渐过渡为鼓状破坏.胡文静等[11]对重庆地区红层泥岩进行侧限压缩试验，结果表明竖向荷载对红层泥岩的侧限膨胀变形具有阻碍作用，而含水率则起主导作用.龙万学等[12]对贵阳非饱和原状红黏土和压实红黏土进行常规三轴试验，研究发现，随着围压增大，原状红黏土应力-应变关系由软化型转化为硬化型，低含水率下压实红黏土呈脆性破坏，高含水率下呈塑性破坏.上官力等[13]对四川攀西地区红层泥岩研究发现随着泥岩天然含水率增大，其黏聚力和内摩擦角均呈幂指数减小.杨庆等[14]对大连的红黏土进行三轴快剪试验，研究表明非饱和红黏土的抗剪强度指标强烈依赖于含水率，内摩擦角、黏聚力分别与含水率呈对数和二次抛物线关系.孔祥辉等[15]对遂渝线试验段的红层泥岩进行动三轴试验，将红层泥岩的累积变形分为稳定型和破坏型，并提出临界动应力水平.毕庆涛等[16]对贵州红黏土进行室内直剪试验，发现含水率与抗剪强度具有非线性相关性，随着含水率的增加黏聚力减小，而内摩擦角在某一区间波动.上述研究成果针对西南、中南、东南地区的红层泥岩及红黏土，而甘肃境内的红层泥岩，仅限于成因、分布状况[2,17]及工程中遇到的地质损害等问题的研究，因甘肃属于干旱、半干旱地区，其境内的红层泥岩形成环境与其它地区不同，从而红层泥岩的物理力学特性和矿物成分也与其它地区不同，因此对其深入研究很有意义.以G6京藏高速兰海段的红层泥岩为研究对象，通过X射线衍射试验、常规土工试验、UU三轴试验来探究兰州地区红层泥岩的矿物成分、物理力学特性和强度变化等规律，为兰州地区红层泥岩拟建和在建公路设计、病害整治、工程维修与安全检测提供可靠的理论依据.1 矿物成分及物理力学指标以《公路土工试验规程》[18]为依据，对兰州地区红层泥岩进行液塑限、击实、渗透等试验，得到该红层泥岩的基本物理指标如表1所列.表1 试样物理指标Tab.1 Physical specifications of soil samples土粒比重最大干密度/(g/cm3)最优含水率/%液限/%塑限/%渗透系数/(cm/s)2.721.76917.430.915.722.134×10-71.1 液塑限试验兰州地区红层泥岩的液塑限试验结果如图1所示.由图1可知，塑限为15.72%，液限为37.9%，属于低液限粘土(CL).图1 圆锥下沉深度与含水率的关系曲线Fig.1 Relationship between depth of conical sink andmoisture content1.2 击实试验对兰州地区红层泥岩进行击实试验，如图2所示.由图2可知，最大干密度为1.769 g/cm3，最优含水率为17.4%.发现兰州地区红层泥岩的最优含水率明显大于西南地区.1.3 X衍射试验兰州地区红层泥岩处在干旱、半干旱环境中经过长期风化形成，物质成分中含有Fe2O3，其颜色偏红.红层泥岩土的X射线物相分析如图3所示，由图3可知，衍射强度最高的是石英石，其次是石灰石和多水高岭石，因此主要矿物成分为：石英石、多水高岭石和石灰石.这与西南地区红层泥岩的主要矿物成分有所不同.图2 红层泥岩的击实曲线Fig.2 Compaction curve of red mudstone图3 X射线物相图Fig.3 X-ray phase analysis2 三轴试验方案本试验在意大利WF三轴仪上进行不固结不排水三轴剪切试验(即UU三轴试验)，试验过程严格遵守《公路土工试验规程》[18].3 UU三轴试验结果及分析压实度K=0.98保持不变，含水率为16%(小于最优含水率17.4%)时，UU三轴试验后试样的破坏形式如图4(a)所示，由图4(a)可知，试样出现剪切破坏面，属于剪切破坏.当试样的含水率大于最优含水率17.4%，UU三轴试验后试样的破坏形式如图4(b)所示，由图4(b)可以看出，试样中部外凸，破坏形式呈“鼓”状.这与贵阳地区红层泥岩的破坏形式有点类似.不同围压和不同含水率下，兰州地区红层泥岩的应力-应变曲线如图5所示.由图5可知，当围压大于50 kPa，所有应力-应变曲线均为硬化型，只有围压为50 kPa，含水率在最优含水率附近，(即含水率为16%、18%)，其曲线为稳定型.应力-应变曲线的发展趋势以1%的轴向应变为分界点，小于1%，呈线性增长趋势，大于1%，呈非线性增长趋势.此试验结果与其它地区红层泥岩的应力-应变曲线形式不同，应变类型也不同.图4 试样的破坏形式Fig.4 Destruction mode of the specimen图5 压实度不变(K=0.98)，不同围压和不同含水率下的应力-应变曲线Fig.5 Stress-strain curve at different confining pressuresand different water contents with constantcompaction (K=0.98)3.1 含水率对主应力差的影响压实度K=0.98，不同含水率与不同围压下的主应力差峰值如表2所列.由表2可知，同一围压下，随着含水率的增加，主应力差峰值逐渐减小、p值逐渐增大.当围压为200 kPa，含水率分别为16%和24%时，主应力差减小了88.08%.将表2中的数据绘制在主应力差(σ1-σ3)与围压σ3的坐标轴上，如图6所示.由图6可知，同一含水率下，主应力差峰值与围压呈线性关系，其相关系数在(0.927～0.998)之间，随着含水率的增大，直线的斜率与截距逐渐减小.当含水率为24%时，试样处于饱和状态，拟合直线几乎处于水平，这与饱和黏土在不固结不排水(UU)三轴试验得到的内摩擦角为零相吻合.3.2 含水率对抗剪强度指标的影响压实度K=0.98保持不变，不同含水率下红层泥岩的抗剪强度指标如表3所列.由表3可知，含水率由16%提高到24%，内摩擦角减小了87.5%，黏聚力减小了59.55%，内摩擦角随含水率减小的幅度比黏聚力大，说明内摩擦角对含水率更敏感.表2 不同含水率与不同围压下的主应力差峰值(K=0.98)Tab.2 Peak of main stress difference under different water content and different confining pressure(K=0.98)含水率/%(σ1-σ3)/kPaσ3=50 kPap/%σ3=100 kPap/%σ3=150 kPa p/%σ3=200 kPa p/%16 409 515 676 755 18 268 34.47 337 34.56 392 42.01 458 39.3420 201 50.86 231 55.15 263 61.09 301 60.1322 121 70.42 138 73.20 146 78.40 151 80.0024 76 81.42 81 84.27 88 86.98 90 88.08备注：1) 同一围压下，其中：Δσω=16%为含水率ω=16%时的主应力差，Δσω=其它为含水率ω分别为18%、20%、22%、24%时的主应力差.2) 表2为轴向应变15%时的主应力差峰值.以含水率为横坐标，纵坐标分别为黏聚力和内摩擦角，将表3中的数据绘制到黏聚力与含水率、内摩擦角与含水率的关系图中，并对数据进行拟合，分别得到黏聚力、内摩擦角与含水率的拟合曲线，如图7～8所示，得到如下关系式：c=-0.346 6ω2+8.059 8ω+38.916.(1)φ=-71.61ln ω+229.77.(2)图6 不同含水率与不同围压下的主应力差峰值 (K=0.98)Fig.6 Peak of mainstress difference under differentwater content and different confining pressure(K=0.98)表3 不同含水率下红层泥岩的抗剪强度指标(K=0.98)Tab.3 Shear strength index of soil samples at differentmoisture contents(K=0.98) 含水率/%内摩擦角/(°)pφ/%黏聚力/kPapc/%163280.50182328.1367.7615.83201456.2565.1119.1222778.1347. 5540.9324487.5032.5659.55备注：1) 同一围压下，其中：φω=16%为含水率ω=16%时的内摩擦角，φω=其它为含水率ω分别为18%、20%、22%、24%时的内摩擦角.2) 同一围压下，其中：cω=16%为含水率ω=16%时的黏聚力，cω=其它为含水率ω分别为18%、20%、22%、24%时的黏聚力.由式(1)～(2)可知，兰州地区红层泥岩的黏聚力、内摩擦角分别与含水率成二次函数和对数函数关系，相关系数都很高，分别为0.98和0.99.将式(1)～(2)代入到Mohr-Couloumb抗剪强度公式τ=c+σ·tan φ中，可得抗剪强度与含水率之间的关系为：τ=-0.346 6ω2+8.059 8ω+38.916+σ·tan(-71.61 ln ω+229.77).(3)如式(1)～(3)所示，兰州地区红层泥岩的黏聚力、内摩擦角以及抗剪强度与含水率的函数关系与其它地区不同，这是由于其特殊的地理环境和气候条件，使得兰州地区红层泥岩的矿物成分、物理力学特性与其它地区不同.图7 黏聚力与含水率的拟合曲线(K=0.98)Fig.7 Fitting curve of cohesion and water content(K=0.98)图8 内摩擦角与含水率的拟合曲线(K=0.98)Fig.8 Fitting curve of internal friction angle and watercontent(K=0.98)3.3 红层泥岩的抗剪强度指标随含水率变化的机理分析黏聚力取决于红层泥岩土颗粒间的各种物理化学作用力，包括原始黏聚力和固化黏聚力.原始黏聚力来源于土颗粒间的库仑力(静电力)和范德华力，随着含水率的增大，土颗粒间的距离增大，原始黏聚力逐渐减小直至完全丧失；固化黏聚力取决于土颗粒之间胶结物质的胶结作用力，随着含水率的增大，胶结物质的相对含量逐渐减小，胶结作用减弱.原始黏聚力和固化黏聚力的减小使得红层泥岩的黏聚力随着含水量的增大而减小.重塑红层泥岩在制样过程中经历了烘干(晒干)→碾压→过2 mm筛子→加水搅拌，属于细粒土，其颗粒细微，颗粒表面存在吸附水膜，颗粒间直接接触或者通过结合水膜间接接触，所以其内摩擦力比粗粒土复杂得多，除了滑动摩擦和咬合摩擦外，还有土颗粒间的库仑力和范德华力.当含水率增加，吸附在土颗粒周围的水膜加厚，润滑作用逐渐增强，从而导致红层泥岩的内摩擦力降低，内摩擦角减小.4 结论以G6京藏高速兰海段的红层泥岩为研究对象，对该红层泥岩进行常规土工试验、X射线衍射试验，并在WF非饱和土三轴仪上进行UU三轴试验，得到如下结论：1) 兰州地区红层泥岩的最优含水率明显大于西南地区，属于低液限黏土(CL)，西南地区红层泥岩属于高液限粘土(CH)，两者有本质区别.兰州地区红层泥岩的主要矿物成分以石英石、多水高岭石及石灰石为主，与西南红层泥岩主要矿物成分有所不同.2) 围压和含水率对兰州地区红层泥岩的影响很大.围压大于50 kPa时，应力-应变曲线均为硬化型，只有围压为50 kPa且含水率在最优含水率附近时，曲线为稳定型.应力-应变曲线的发展趋势以1%的轴向应变为分界点，小于1%，呈线性增长趋势，大于1%，呈非线性增长趋势.3) 兰州地区红层泥岩的粘聚力、内摩擦角与含水率分别成二次函数和对数函数关系，即：c=Aω2+Bω+C,(4)φ=D ln ω+E,(5)将式(4)～(5)代入Mohr-Couloumb抗剪强度公式得到改进后的Mohr-Couloumb抗剪强度公式：τ=Aω2+Bω+C+σ·tan(D ln ω+E).(6)式中：A,B,C,D,E为试验参数.4) 随着含水率的增加，黏聚力和内摩擦角逐渐减小，内摩擦角减小的幅度更大，说明内摩擦角对含水率更敏感，究其原因是黏聚力与内摩擦角随含水率变化的机理不同而导致.【相关文献】[1] 郭永春,谢强,文江泉.我国红层分布特征及主要工程地质问题[J].水文地质工程地质,2007,34(6):67-71.[2] 王骑虎.甘肃红层工程地质特性与边坡稳定性研究[D].北京:北京工业大学,2016.[3] 简文星,殷坤龙,马昌前,等.万州侏罗纪红层软弱夹层特征[J].岩土力学,2005,26(6):901-905.[4] 程强,周德培,封志军.典型红层软岩软弱夹层剪切蠕变性质研究[J].岩石力学与工程学报,2009,28(增刊1):3176-3180.[5] 吴国雄,张斌,杨应信,等.西部红层软岩地质特性及其对路基结构稳定性的影响[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2004,23(6):53-58.[6] 张可能,周斌,彭环云,等.湘西高速公路红砂岩工程特性及边坡稳定分析[J].南华大学学报(自然科学版),2009,23(3):5-9.[7] 程强,寇小兵,黄绍槟,等.中国红层的分布及地质环境特征[J].工程地质学报,2004,12(1):34-40.[8] 柳群义.红层路堑边坡稳定性与防治研究[D].长沙:中南大学,2010.[9] 刘俊新.非饱和渗流条件下红层路堤稳定性研究[D].成都:西南交通大学,2007.[10] 赵蕊,左双英,王嵩,等.不同含水量贵阳重塑红黏土三轴抗剪强度试验研究[J].水文地质工程地质,2015,42(5):90-95.[11] 胡文静,丁瑜,夏振尧,等.重庆地区红层泥岩侧限膨胀性能试验研究[J].防灾减灾工程学报,2015,35(5):607-611.[12] 龙万学,陈开圣,肖涛,等.非饱和红黏土三轴试验研究[J].岩土力学,2009,30(增刊2):28-33.[13] 上官力,马显春,谷明成.四川攀西地区红层泥岩强度特性试验研究[J].铁道建筑,2015(7):107-110.[14] 杨庆,贺洁,栾茂田.非饱和红黏土和膨胀土抗剪强度的比较研究[J].岩土力学,2003,24(1):13-16.[15] 孔祥辉,蒋关鲁.循环荷载下红层泥岩路基土的变形特性研究[J].铁道标准设计,2013(2):1-4.[16] 毕庆涛,姜国萍,丁树云.含水量对红粘土抗剪强度的影响[J].地球与环境,2005,33(增刊1):144-147.[17] 何蕾,文宝萍,李慧.水在兰州地区红层风化泥岩抗剪强度中的综合效应[J].水文地质工程地质,2010,37(3):48-52.[18] 交通部公路科学研究院.公路土工试验规程:JTG E40-2007[S].北京:人民交通出版社,2007.。