红砂岩强度特性的微结构试验研究
211128081_湖南省“红层”边坡失稳地质灾害分析探讨
价值工程0引言湖南省范围内分布丰富的晚白垩系及早第三系陆相沉积泥质粉砂岩、泥岩等地层，因岩石为红色、褐红色等，工程领域将其统称作红层。
由于其是在干燥炎热等特殊条件下形成的，又经过强烈风化及氧化作用，具有特殊的工程特性，是岩石地层较为典型的易滑地层，在暴雨等外界条件影响下极易引发的滑坡灾害。
因此，深入研究建设场地边坡红层的边坡稳定性问题及时采取针对性强的各种防治措施，可达到防灾、减灾和治灾的目的。
1红层边坡稳定性影响因素分析与研究红层地区边坡失稳的影响因素比较复杂。
分内因和外在两个方面，内因包括红层地区边坡的地形地貌、地质构造、地层岩性、岩体结构及特征等，其影响是持久且缓慢的，也是边坡失稳破坏的主要条件，它们直接决定了边坡破坏的类型和规模；外因包括工程建设对自然边坡的破坏、暴雨引起的地下水位改变、岩层风化等，它们对边坡的变形破坏影响强烈而迅速。
外因也是通过内因影响边坡稳定的，或推动着边坡失稳的发生与发展。
1.1红层地区边坡稳定内在因素的研究1.1.1地层岩性、岩层产状边坡岩体地层岩性特征对边坡稳定性的影响非常重要，不同岩石因所含矿物成分不同会呈现出截然不同的变形破坏方式。
因岩石组成矿物成分不同，其物理特性和力学强度等特征不同。
含粘土矿物较多的泥岩、泥质粉砂岩等，易风化，且在遇水后易膨胀、崩解，水稳性很差，而由硅质、铁质胶结的砂岩强度较高，水稳性较好。
不同岩性组合也是影响边坡稳定性的重要因素。
在红层地区的边坡岩体上，最常见以下几种岩性组合类型：①巨厚层砂岩边坡；该类边坡较稳定。
②上部巨厚层砂岩，底部为泥质岩石、砂岩互层的边坡；该类边坡底部泥质岩石易风化形成软弱结构面，可造成崩塌和顺层滑坡。
③以泥岩为主，夹有砂岩、粉砂岩的边坡。
该类边坡易风化，易形成崩塌和圆弧滑坡。
④强风化砂岩、泥岩或粉砂岩、泥质粉砂岩软弱互层的红层岩质边坡，易发生沿软弱结构面的滑坡。
⑤上部为较厚的黏土层，下部为泥岩、泥质粉砂岩等软岩的边坡。
注浆对岩体节理面加固作用的试验研究
第４２卷第２期煤 炭 科 技Ｖｏｌ ４２ Ｎｏ ２ ２０２１年４月ＣＯＡＬＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＭＡＧＡＺＩＮＥＡｐｒ． ２０２１ 收稿日期：２０２０－１１－０６； ＤＯＩ：１０．１９８９６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｍｔｋｊ．２０２１．０２．０２４作者简介：樊 智（１９８４—），男，山西长治人，工程师，２００９年毕业于武汉科技大学机械工程及自动化专业，现从事采矿工程研究工作。
引用格式：樊智．注浆对岩体节理面加固作用的试验研究［Ｊ］．煤炭科技，２０２１，４２（２）：１２９ １３４．ＦＡＮＺｈｉ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｇｒｏｕｔｉｎｇｏｎｔｈｅｊｏｉｎｔｓｕｒｆａｃｅｏｆｒｏｃｋｍａｓｓ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＭａｇａｚｉｎｅ，２０２１，４２（２）：１２９ １３４．文章编号：１００８－３７３１（２０２１）０２－０１２９－０６注浆对岩体节理面加固作用的试验研究樊 智（潞安集团潞宁煤业有限责任公司，山西忻州 ０３６７００）摘 要：为了确定裂隙注浆后对围岩理化性质的影响，通过现场采样，制作了５个红砂岩尺寸相同试件，在试件进行模拟注浆，借助激光扫描仪对试件在不同配比注浆材料和保养天数后，注浆材料对注浆岩体的节理面影响。
结果表明：随水灰比的增大，红砂岩试件的最大剪切应力呈不断减小的趋势，且养护天数越长剪切应力越大，水泥—岩体的黏聚力先增大后减小，而内摩擦角先减小后增大；对试件施加的法向应力越大剪切应力越大，相同法向应力下添加减水剂的水泥—岩体大于未添加减水剂的最大剪切应力；节理面注浆宽度越大，红砂岩试件的最大剪切应力越大，且随水泥水灰比的增大试件的最大剪切应力逐渐减小；随结构面粗糙度的增大，剪切应力呈不断上升的趋势。
关键词：注浆；节理裂隙；黏结特性；粗糙度中图分类号：ＴＤ３５３ 文献标志码：ＡＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｇｒｏｕｔｉｎｇｏｎｔｈｅｊｏｉｎｔｓｕｒｆａｃｅｏｆｒｏｃｋｍａｓｓＦＡＮＺｈｉ（ＬｕｎｉｎｇＣｏａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｕ′ａｎＧｒｏｕｐ，Ｘｉｎｚｈｏｕ ０３６７００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｇｒｏｕｔｉｎｇｏｎｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋ，ｆｉｖｅｒｅｄｓａｎｄｓｔｏｎｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｏｆｔｈｅｓａｍｅｓｉｚｅｗｅｒｅｐｒｏｄｕｃｅｄｔｈｒｏｕｇｈｏｎ ｓｉｔｅｓａｍｐｌｉｎｇ．Ｓｉｍｕｌａｔｅｄｇｒｏｕｔｉｎｇｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｏｎｔｈｅｓｐｅｃｉ ｍｅｎｓ，ａｎｄｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｗｅｒｅｇｒｏｕｔｅｄｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓｗｉｔｈｔｈｅａｉｄｏｆａｌａｓｅｒｓｃａｎｎｅｒ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｄａｙｓ，ｔｈｅｇｒｏｕｔｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌａｆｆｅｃｔｅｄｔｈｅｊｏｉｎｔｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｇｒｏｕｔｅｄｒｏｃｋｍａｓｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｗａｔｅｒ ｃｅｍｅｎｔｒａｔｉｏ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｒｅｄｓａｎｄｓｔｏｎｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｗａｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ，ａｎｄｔｈｅｌｏｎｇｅｒｔｈｅｃｕｒｉｎｇｔｉｍｅ，ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓ，ａｎｄｔｈｅｃｅｍｅｎｔ ｒｏｃｋｃｏｈｅｓｉｖｅｆｏｒｃｅｆｉｒｓｔｉｎｃｒｅａｓｅｄａｎｄｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｇｌｅｆｉｒｓｔｄｅｃｒｅａｓｅｄａｎｄｔｈｅｎｉｎｃｒｅａｓｅｄ；ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｎｏｒｍａｌｓｔｒｅｓｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎ，ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓ，ａｎｄｔｈｅｃｅｍｅｎｔ ｒｏｃｋｍａｓｓｗｉｔｈｗａｔｅｒ ｒｅｄｕｃｉｎｇａｇｅｎｔａｄｄｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｎｏｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｗａｓｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈａｔｗｉｔｈｏｕｔｗａｔｅｒ ｒｅｄｕｃｉｎｇａｇｅｎｔ，Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎ；ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｇｒｏｕｔｉｎｇｗｉｄｔｈｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔｓｕｒｆａｃｅ，ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｒｅｄｓａｎｄｓｔｏｎｅｓｐｅｃｉｍｅｎ，ａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｇｒａｄｕａｌｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｃｅｍｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｃｅｍｅｎｔｒａｔｉｏ；ｗｉｔｈｔｈｅｒｏｕｇｈ ｎｅｓｓｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｕｒｆａｃｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｄｅｇｒｅｅ，ｔｈｅｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓｈａｄａｒｉｓｉｎｇｔｒｅｎｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒｏｕｔｉｎｇ；ｊｏｉｎｔｃｒａｃｋｓ；ｂｏｎｄｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｒｏｕｇｈｎｅｓｓＣＬＣｎｕｍｂｅｒ：ＴＤ３５３ Ｄｏｃｕｍｅｎｔｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ：Ａ 裂隙岩体节理面注浆能够增强界面的黏结强度，从而提高节理岩体的抗剪强度，进而有效控制巷道的失稳变形［１ ２］。
富水全、强风化砂岩强度特性试验及本构关系探讨
富水全、强风化砂岩强度特性试验及本构关系探讨邹翀;雷胜友;岳喜军;宋妍;高攀【摘要】According to the feature of sandstone weathered and absorbed water heavily, the authors analyzed the physical and mechanical properties and chemical composition of the sandstone experimentally, then studied influence of blasting disturbance, water content, sample bedding on stress-strain strength characteristics through uniaxial and triaxial compression tests, and found that the sandstone would become weak in the strength when it absorbed water, and its cohesion decreased and showed significant anisotropy while friction angle was not changed.After the sandstone underwent blasting, its uniaxial compressive resistance and elastic modulus decreased, and Poisson ratio increased. As the sandstone has obvious bedding properties, the strengths of sample obtained from two different loading directions are different obviously. Based on the stress-strain curves from the triaxial tests, the anthors found the stress-strain curves could be described well by the modified Duncan-Zhang model.%针对富水全、强风化砂岩的特点,进行了该砂岩的基本物理力学性质、化学成分实验,然后通过单轴、三轴压缩实验研究了爆破扰动、含水量、试样层理对砂岩应力-应变强度特性的影响.发现砂岩遇水软化,粘聚力大幅度降低,表现出显著的各向异性;爆破扰动后,岩石试样的单轴抗压强度减低,弹模减小,泊松比增大;由于砂岩具有明显的节理性,按两种方向加载所得到的岩石试样强度明显不同;根据实验所得应力-应变曲线特点,发现用修正的Duncan-Zhang模型可以很好地描述砂岩的前应力-应变曲线.【期刊名称】《中国工程科学》【年(卷),期】2011(013)001【总页数】7页(P74-80)【关键词】砂岩;含水量;强度;爆破扰动;节理;本构关系【作者】邹翀;雷胜友;岳喜军;宋妍;高攀【作者单位】中铁隧道集团有限公司技术中心,河南洛阳,471009;长安大学公路学院,西安,710064;长安大学公路学院,西安,710064;中铁隧道集团有限公司技术中心,河南洛阳,471009;中铁隧道集团有限公司技术中心,河南洛阳,471009【正文语种】中文【中图分类】TU425某新建铁路隧道围岩属强风化砂岩，隧道岩层产状310°∠3°～280°∠7°，岩层主要发育三组节理:①103 °∠78 °张节理，节理间距为0.5 ～0.6 m，裂隙宽度为1.5～2.0 mm，充填泥质，延长2～3 m;②153 °∠80 °张节理，节理间距为 0.4 ～0.5 m，裂隙宽度为1.5 ～2.0 mm，充填泥质，延长 4～5 m;③250°∠66 °张节理，节理间距为 0.7～0.8 m，裂隙宽度为0.8～1.0 mm，充填泥质，延长5～8 m。
红砂岩巴西劈裂强度和极限应变的尺寸效应
红砂岩巴西劈裂强度和极限应变的尺寸效应作者：李颖王贾博来源：《科技资讯》2017年第27期摘要：为研究红砂岩中巴西劈裂强度和破坏极限应变的尺寸效应，试验采用了直径50mm，高度分别为20、25、30、35、40、45、50mm等7组不同厚度的红砂岩圆盘试件进行巴西劈裂试验，同时在试件圆盘中央黏贴应变片监测试件加载直至破坏过程中的横向应变、纵向应变。
试验发现，不同厚度下的红砂岩试件所得巴西劈裂抗拉强度不同，试验回归分析了红砂岩中巴西劈裂抗拉强度与厚度的关系，在20～30mm厚度范围内，劈拉强度随厚度的增加而增大，在30～50mm范围内，劈拉强度随厚度增加而无明显变化。
关键词：红砂岩尺寸效应巴西劈裂极限应变中图分类号：TU458+.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）09（c）-0233-02抗拉强度是岩石重要的力学指标之一，其主要试验方法有直接拉伸法和巴西圆盘劈裂法。
直接拉伸法一般需要用环氧树脂胶将标准圆柱体试件固定在试验机两端[1]，由于对中困难不易，数据离散性大，在实践中已较少采用，而巴西圆盘劈裂试验通过对圆盘试件施加荷载间接得到水平侧向拉应力，简单方便，在实际测试中使用较多。
尽管如此，巴西劈裂试验仍然存在两点主要缺陷：一是集中力作用下加载导致圆盘上下端点处应力集中过大可能导致的局部破坏，二是不同厚度试件高径比的测试结果具有显著的尺寸效应。
国家标准《工程岩体试验方法标准》和行业标准《水利水电工程岩石试验规程》中规定，试件厚度宜为直径的0.5～1.0倍，即25～50mm，但此范围较大，不同厚度试件得出的试验结果不尽相同，不同类型岩石的尺寸效应也不尽相同，有必要对巴西劈裂强度的尺寸效应进行进一步的探索[2]。
本文采用7组不同厚度的红砂岩圆盘试件对研究厚度对巴西劈裂抗拉强度（以下简称劈拉强度）的影响进行了试验探索，试验对7组（20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm）厚度进行巴西劈裂试验，每组5～7块试样不等，分析了劈拉强度随厚度的关系。
红砂岩
红砂岩江西红砂岩英文名：Red Sandstone红砂岩在有些地方也称之为红石红，主要集中南部省区，比如江西赣南的兴国县华坪村就分布了大量的优质红砂岩。
在砂岩的基本特性南部省区广泛存在的泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩及页岩等沉积岩类的岩石，因含有丰富的氧化物呈红色、深红色或褐色，这类岩石统称为红砂岩。
红砂岩主要呈粒状碎屑结构和泥状胶结结构两种典型结构形式，因胶结物质和风化程度的差异，其强度的变化大。
多数红砂岩在挖掘或爆破出来后，受大气环境的作用可崩解破碎，甚至泥化，故其岩块的大小及颗粒级配将随干湿循环的时间过程而变化，其物理力学性质也将产生变化。
1、红砂岩分类红砂岩按强度和崩解特性划分为如下三种类型：（1）一类红砂岩，岩块天然单轴抗压强度小于15Mpa，在105℃温度下烘干后浸水24小时内，呈现渣状、泥状或粒状崩解；（2）二类红砂岩，岩块天然单轴抗压强度小于15Mpa或稍大于15Mpa，在105℃温度下烘干后浸水24小时内，呈块状崩解；（3）三类红砂岩，岩块天然单轴抗压强度大于15Mpa，不崩解特性与普通砂岩无区别。
赣南的兴国县在很早的时候就开始开采红砂岩，主要应用于建筑方面。
而如今不但在建筑方面有一定的应用，在装饰中也起着举足轻重的作用。
它具有防潮的作用，也有吸收噪音的功能，不愧是当今新型装饰材料的首选。
红砂岩路基施工技术与质量控制••hxr•1楼【内容摘要】：由于近几年交通事业的迅猛发展，原有的国道及省道等构成的公路网已不能满足公路运输业的要求，各省区高速公路的大量修建已成为必然。
在我国南部省区存在大量红砂岩，由于其材料本身的特殊性，以往从未在高等级公路中应用过，只是少量用在低等级公路中作为路基填料，且出现了大量的质量问题。
大量红砂岩路堑挖方的去向问题同样摆在湖南是省高速公路建设者面前，如果作为弃方不用，每条高速公路都将产生近千万的弃方，增加几亿元的投资，弃方还将占用大量土地，带来水土保持等问题。
加筋红砂岩风化土强度和变形特性_喻泽红
第24卷第15期岩石力学与工程学报V ol.24 No.15 2005年8月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug.，2005 加筋红砂岩风化土强度和变形特性喻泽红1，魏红卫2，邹银生3(1. 长沙理工大学河海工程学院，湖南长沙 410076；2. 中南大学土建学院，湖南长沙 410007；3. 湖南大学土木工程学院，湖南长沙 410082)摘要：红砂岩风化土是湖南公路路堤工程中应用较多的填筑材料，采用直剪试验研究了不同压实度的红砂岩风化土的强度和变形特性，以及加筋对其工程性质的影响。
试验表明，随压实度增大，红砂岩风化土的峰值抗剪强度明显提高，但主要由粘聚力的增大引起，随剪切位移增大，粘聚力减小，抗剪强度大幅度降低，其应力–应变曲线呈现随应变软化型。
加筋提高了红砂岩风化土的峰值抗剪强度和残余强度，更重要的是明显减小了峰值后强度的降低幅度，且达到峰值抗剪强度的剪切位移增大，峰值区域增宽，土体延性提高，改善了红砂岩风化土的强度和变形特性；对于不同的加筋层数和不同的筋材模量，以及在不同的压实度和试验竖向压力下，加筋对红砂岩风化土的强度和变形特性的改变不同；根据试验结果，还对红砂岩风化土的工程性质以及加筋的抗剪作用机理进行了初步探讨，阐述了加筋材料在土的应力–应变关系中的主要功能和作用。
关键词：土力学；加筋红砂岩风化土；剪切试验；强度特性；变形特性；影响参数中图分类号：U 213.1 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)15–2770–10 CHARACTERISTICS OF SHEAR STRENGTH AND DEFORMATION OF REINFORCED RED SAND SILTY CLAY WITH GEOSYNTHETICSYU Ze-hong1，WEI Hong-wei2，ZOU Yin-sheng3(1. Changsha University of Science and Technology，Changsha410076，China；2. College of Civil Engineering，Central South University，Changsha410007，China；3. College of Civil Engineering，Hunan University，Changsha410082，China)Abstract：Red sand silty clay is used widely in highway engineering in Hunan Province. The direct shear tests on red sand silty clay with various geosynthetics were carried out to investigate the strength and deformation performances，the influence of parameters such as reinforcement layers and modulus，soil compactness，as well as confining pressures of test. Results show that with increasing compactness，the shear strength of soil increases significantly，but this is mainly caused by cohesive forces，which will disappear gradually with shear displacement increasing，and usually the stress-strain curve of red sand silty clay has a strain-softening phase. Reinforcement improves the stress-strain behaviors of red sand silty clay that both the peak strength and residual strength are increased，but the most important is the amount of reduction of residual strength，and the peak shear strength arrives at a larger shear displacement；as a result，the soil becomes more ductile. Based on the test results，the mechanism of the shear strength of reinforced soil is proposed tentatively；and the role and function of reinforcement in the stress-strain behaviors are also illustrated.收稿日期：2004–08–24；修回日期：2005–01–24基金项目：湖南省科委指导项目(2001–5)作者简介：喻泽红(1966–)，女，博士，2005年于湖南大学结构工程专业获博士学位，现任副教授，主要从事结构与岩土工程方面的教学与研究工作。
风化红砂岩改良土的力学性能分析
我国南方地区广泛分布着红砂岩， 该区域雨季长、降水量大及裂隙水发达。 红砂岩在自然条件下风化后会出现强度 降低、浸水软化、抗风化能力差等不良 工程性质。当前高速公路施工过程中遇 到大量的红砂岩路基工程问题。地基变 形和稳定是红砂岩路基处理要解决好的 两个主要问题 [1]。为研究和解决这两大 问题，可通过建立红砂岩土体应力应变 关系并结合相应的应力应变本构模型进 一步分析路基沉降 [2]。
1.2 试验设置 三轴剪切试验采用 GDS 试验仪中的
非饱和土固结不排水模块。试件参照《公 路土工试验规程》中规定方法制作，直 径 为 391mm， 高 度 为 800mm。 同 一 条 件 的土体分别在定围压为 50kPa、100kPa 和 150kPa 的条件下进行三次加载读数， 加荷速率衡定设置为 0.05mm/s，试验设 置以轴向 15% 变形量为破坏值。掺水泥 试件在成型后养护 7d 进行试验。
3 结论
通过对取自湖南省某段高速公路红 砂岩的进行三轴剪切试验，基于邓肯 张模型，对三轴试验结果进行参数拟合 与分析，结论如下：
（1） 通 过 常 规 三 轴 试 验 所 得 到 的 红砂岩风化土应力—应变关系可通过邓 肯 - 张模型进行分析；（2）随相同围压下， 未改良的红砂岩土初始模量小于水泥改 良红砂岩土体的；（3）水泥掺量的增加 可提高红砂岩土体的粘聚力与内摩擦角， 大幅提高土体抗剪能力。
表 3 红砂岩土样液塑限参数
水泥 围压 /MPa
0.05
0
0.10
0.15
0.05
4%
0.10
0.15
a 0.052 0.048 0.043 0.032 0.021 0.012
Ei/MPa 19.4 20.7 23.5 31.6 48.8 80.6
兰州盆地第三系砂岩工程地质特性评价研究
兰州盆地第三系砂岩工程地质特性评价研究张波【摘要】兰州盆地广泛分布的第三系砂岩沉积厚度大,多同泥岩互层分布,砂岩受水影响易发生软化,容易导致工程结构特别是地下隧道工程围岩出现失稳问题.为评价研究兰州盆地第三系砂岩工程地质特性,首先收集兰州至重庆铁路、兰州至中川铁路砂岩段勘察试验资料,统计分析得到了砂岩的物理力学性质;然后对代表性砂岩进行电镜扫描试验研究其在不同含水率下的微结构变化特征;最后确定了影响砂岩工程特性的主要影响因素为:含水率、黏粒含量、地下水阴离子浓度、孔隙比.通过采用突变理论建立了第三系砂岩工程地质特性定量评价模型,砂岩工程地质特性可以划分为5级:恶劣(S≤0.64)、较差(0.64＜S≤0.71)、一般(0.71＜S≤0.79)、较好(0.79＜S≤0.87)、良好(S≥0.87).应用模型对兰渝铁路桃树坪隧道砂岩进行评价,该区域砂岩评价结果介于0.57～0.77之间,工程地质特性处于一般到恶劣状态,评价结果与现场实际结果一致.【期刊名称】《工程地质学报》【年(卷),期】2014(022)001【总页数】7页(P166-172)【关键词】第三系砂岩;工程地质特性;突变级数法;定量评价【作者】张波【作者单位】中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043【正文语种】中文【中图分类】U211.2第三系砂岩外观一般为红色，同泥岩一起常被称为红层。
我国砂岩分布广泛，从地形分布特点来看，我国砂岩主要分布于西南地区、西北、华中、华南等地区的各个盆地中［1～3］。
兰州地区第三系砂岩分布范围较广，且砂岩地层厚度比较大。
兰州地区仅新城范围内为白垩系地层，其余地区下伏基岩大体均为第三系红砂岩或碎屑岩类。
同硬质岩相比，第三系砂岩在破坏前变形具非线性，出现剪胀，呈塑性变形［4～6］。
兰州地区第三系砂岩是一种极软质岩石，由于成岩性差，受水影响后极易崩解而丧失结构特性。
这种松散岩体受埋深的压实作用变化明显，试验测得砂岩干燥状态下的单轴抗压强度范围值为3.05～5.68MPa，饱和状态下单轴抗压强度介于0.20～0.83MPa［7］。
不同含水率的砂化白云岩力学特性研究
文章编号：2095－6835（2022）04－0079－04不同含水率的砂化白云岩力学特性研究张正全（中铁二局第一工程有限公司，贵州贵阳550007）摘要：为研究含水率对砂化白云岩物理力学特性的影响，制备不同含水率的砂化白云岩试样进行单轴压缩试验，分析含水率对砂化白云岩力学特征与损伤过程的影响。
研究发现，砂化白云岩的峰值强度、弹性模量受含水率的影响较大，从干燥状态到含水率0.73%，状态弹性模量减少44.51%，峰值应力减少44.32%；随着含水率的增大，损伤本构模型参数m、F均逐渐减小；临界损伤值逐渐增大，表明岩石强度与脆性降低，压缩变形过程中塑性应变的占比逐渐增大。
关键词：砂化白云岩；含水率；力学特性；损伤本构中图分类号：TD315文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2022.04.024地下水常常引发岩石物理力学特性的改变，使得岩石在水作用下的变形破坏更加敏感。
岩石赋存在地应力和地下水环境中，这种环境一方面影响岩石的承载能力、变形和破坏机制，另一方面也影响岩石中应力传播法则。
国内外的众多学者也开展了水-岩作用下岩石的力学特性及损伤特性的试验研究。
曹洋兵等[1]开展了不同含水率黑云母二长花岗岩单轴压缩试验，分析破坏特征和应力-应变曲线特征。
赵奎等[2]开展了不同含水率条件下红砂岩试件单轴压缩试验，构建了红砂岩的损伤演化模型。
陈玉华等[3]开展了不同含水率花岗岩单轴压缩试验，建立了以单轴抗压强度和弹性模量进行量化的损伤演化规律。
李安润等[4]以滇中地区粉砂质泥岩为研究对象，提出了含水损伤蠕变本构模型。
万亿等[5]以川藏铁路沿线的红砂岩为研究对象，揭示了模型参数及劣化系数随冻融循环次数及含水率的变化规律。
李回贵等[6]以神东矿区大柳塔煤矿岩层中的砂岩为研究对象，研究了含水率对弱胶结砂岩力学特征的影响规律。
刘坚[7]利用水岩耦合作用下岩石应力-应变曲线极值特点，建立了三轴压缩条件下的岩石损伤本构模型。
红砂岩物理力学参数
红砂岩物理力学参数
红砂岩是一种常见的沉积岩石，其物理力学参数是勘探、开采、工程建设中不可或缺
的重要资料。
本文将介绍红砂岩的物理力学参数，包括密度、泊松比、弹性模量、抗张强
度和抗压强度等内容。
1. 密度
红砂岩的密度在2.2~2.8 g/cm³之间，一般为2.5~2.7 g/cm³。
密度是岩石的一项基本参数，对勘探和开采过程中的地震波速度测定、孔隙度计算、沉积环境分析等都有着至关
重要的作用。
2. 泊松比
泊松比是表示岩石在受压时的变形特性的参数，定义为侧向压缩应变与轴向应变之比。
红砂岩的泊松比大致在0.2~0.35之间，一般为0.25。
泊松比的大小会影响岩石的稳定性
和变形性能，对建筑工程、岩土工程设计和油气资源勘探、开发都具有重要影响。
3. 弹性模量
弹性模量是衡量岩石抵抗变形能力的参数，也是衡量岩石硬度的依据。
红砂岩的弹性
模量在5~20 GPa之间，一般为10~15 GPa。
此参数在地震勘探、岩石力学研究和地下水开采等方面具有重要作用。
4. 抗张强度
抗张强度是表示岩石抵抗拉伸破坏的重要指标。
红砂岩的抗张强度在2~8 MPa之间，
一般为4~6 MPa。
抗张强度对于评估岩石稳定性和抗震性能、油气资源勘探和开发等也具
有重要作用。
抗压强度是指岩石在承受压力下能承受的最大压力。
红砂岩的抗压强度在50~200 MPa 之间，一般为100~150 MPa。
抗压强度是评估地质工程稳定性、地震危险性等重要参数，
也是评估矿床地质条件和岩石工程性质的主要参考。
等幅循环加载岩石变形局部化带位移演化规律
等幅循环加载岩石变形局部化带位移演化规律杨小彬;韩心星;王逍遥;张子鹏【摘要】岩石是一种非均质天然工程材料,在工程中往往处于一种循环往复加载状态之中,研究循环加载过程中岩石的变形局部化演化规律,为岩土工程结构的稳定性提供理论支持.将循环加载简化为等幅循环和分级等幅循环2种加载条件,开展红砂岩试件的2种循环加载方式下的实验研究,采用CCD(Charge-Coupled Device)相机对试验过程中试件的变形图像进行采集,基于数字散斑相关方法分析了等幅循环加载过程中试件变形局部化带位移演化规律.分析发现:循环加载全过程中,局部化带位移随加卸载应力呈现波动上升变化;相对于加载应力的变化,位移演化存在时间滞后性,且随着循环次数的增加位移存在明显的累积效应.循环加卸载过程中,局部化带位移顶点相对于加载应力顶点的滞后时间数值于循环前期呈平稳波动、循环后期呈上升波动;局部化带位移底点相对于卸载应力底点的滞后时间数值随循环次数的增加呈现平稳波动.整个循环过程中,当加载或卸载到同一应力水平时,局部化带的位移随着循环次数的增加而增大;每次循环过程中的同一应力水平下,卸载过程的位移数值大于加载过程的位移数值.随着循环次数的增加,局部化带位移存在明显的缓慢演化阶段和加速演化阶段.在试件破坏前,卸载底点处的局部化带位移值明显趋近于加载顶点处的局部化位移值,该局部化带位移演化特征可以作为循环加载过程中岩石试件或结构失稳破坏的一个前兆信息.研究可为循环荷载下的岩土工程材料或结构的失稳破坏提供新的特征力学监测量,即在某一特定应力环境中,当低应力状态的变形量值与相对高应力状态的变形量值都随时间发生增大且低应力对应的变形量值增加速率明显大于高应力对应的变形量值增加速率时,岩土材料或结构将会发生失稳破坏.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2019(044)004【总页数】8页(P1041-1048)【关键词】等幅循环加载;局部化带位移;时间滞后;累积效应;前兆信息【作者】杨小彬;韩心星;王逍遥;张子鹏【作者单位】中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;共伴生能源精准开采北京市重点实验室,北京100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;共伴生能源精准开采北京市重点实验室,北京100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;共伴生能源精准开采北京市重点实验室,北京100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;共伴生能源精准开采北京市重点实验室,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD315岩石可视为一种非均质的多相复合结构材料，内部存在大量随机分布的天然缺陷[1]。
怀通高速公路红砂岩的试验研究
砂 岩 （ ｎｓ）的软化 系数较小 ，分别 为 ０ １ 、０ １ Ｆ ｔ ．２ ．７和 ０ ２ ， ． １ 因此它们遇水 后软化效应极为强烈 ；而泥质粉砂岩 （ ｌｔ ） Ｓ ｓ２ 、
泥 质 粉 砂 岩 （ ｌｔ ） Ｓｓ３ 、含 砾 砂 岩 （ ｌｓ） 的软 化 系数 较 高 ， Ｐｔｔ 对 应 的 软化 系数 分 别 为 ０６ 、 ０ ４ ．９ ．６和 ０６ ．８，遇 水 后具 有 一
二 、试 验 介 绍
化 ，它是影响红砂岩工程性质 的主要 因素 【。 。红砂岩 中蒙 １ 】 。 脱石含量达 ５ ｌ ％，由于蒙脱石 具有 较强 的亲水性 ，所 以有 一５
利 于 岩 石 的膨 胀 。 由表 ２可 以看 出 ，泥 质 粉砂 岩 （ ｌｔ ） Ｓｓ２ 、
本 次 试 样 采 自拟 建 怀通 高速 公 路 桥 基 中 的 钻 孔 岩 芯 ，岩
完成 ，使 用 的仪 器 为 日本 理 学 公 司 Ｄ／ Ｘ一Ａ 型 ｘ 射 线 衍 ＭＡ ３ 射 仪 。 标 准 岩 样 置于 Ｉ Ｔ 各 ＮＳ ＲＯＮ１ ４ ０伺 服机 上进 行 单 轴 压 ３
缩试 验 。
三 、试 验 结 果 与分 析
１ 红砂 岩 的矿 物 成分 ．
通过粉 晶 ｘ射线衍射试验测得红砂岩 的矿物成 分，见表 ２。试验结果表 明 ： 红砂岩 的矿物成分主要 由碎屑矿 物、黏土 矿物组成 。其 中 ，碎屑矿物主要为石英、长石 、方解石 ，含 有少量 赤铁矿 和云母 ；黏土矿物包括蒙脱石、伊利石 、高岭
１ ％和 １ ％ ，对 应 的软 化 系数 分 别 为 ０ １ 、 ０ １ ５ ０ ．２ ．７和 ０ ２１ ．
石灰岩和砂岩高温力学特性的试验研究
图#
6-7 8 #
高温加热系统
9:;<-.7 =>=<:, ?@A B-7B <:,C:A;<DA:
高温前后均测试 试 样 的 纵 波 波 速， 超 声 波 测 试 采 用 EF3’4 型 非 金 属 超 声 检 测 分 析 仪， 发射电压为 $&& G，采样周期为 & 8 ’ ! =，传感器与试样之间用黄油做耦合剂。 采用中国科学院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 研 制 的 HFI3*$&J 型 伺 服 试 验 机 进 行 单 轴 压 缩 试 验，力行程控制方式加载，速率为 # KE+=； $ ,, 位 移 传 感 器 测 量 试 样 的 轴 向 位 移， *&&& KE 的力传感器测量试样的轴向荷载。
研究，总结出高温花岗岩力学性质的变化主要与其结构成分中矿物颗粒热膨胀效应发生热应
［ )"］力作用有关 ；朱合华等 !""’ 年对不同高温后 熔结 凝 灰 岩、 花 岗 岩 及 流 纹 状 凝 灰 角 砾 岩 的
力学性质进行了研究，分析比较了 * 种岩石峰值应力、峰值应变及弹性模量随温度的变 化规
［ ))］ ［ )!］ 律 ；苏承东等 !""( 年研究了粗砂岩高温后各力学参数的变化 ；谌伦 建等 !""# — !""( 年 ［ )* ， )+］ 研究了石灰岩和砂岩的膨胀特性和微观结构变化 。目前，这一方面的研究仍在多领域多
收稿日期： $%%&>%?>!# 基金项目：国家自然科学基金资助项目 （ "%$@?%#A ， "%"@?%#@） 。 作者简介：秦本东 （ !&@@>） ，女，讲师，主要从事岩土工程方面的教学与研究工作。 0>BCD8： EDFG:FH7FI J K;L 9 :HL 9 MF
循环荷载作用下冻融红砂岩力学参数探讨
加 - 卸载试验后，其动应力与动应变的波形线在时间上并不完全 对应，宏观上表为一个环，一般称之为塑形滞回环 [6（] 见图 3）。
图 1 RMT-150B 岩石力学试验机
其动弹模量 Ed、阻尼比 λ 定义为 ：
的影响。 刘杰 [11，12] 采用不会造成较大损伤的低应力水平加 - 卸载测
试方法，有效降低试验所需岩样个数，无需岩样的离散型而进行
验机和冻融试验箱对经历不同冻融次数后的红砂岩进行单轴压 筛选，探讨了冻融周期、不同应力上下限等与岩样各无论特性的
缩试验及单轴循环加卸载试验，研究了峰值强度、弹性模量、泊 松比及峰值应变等与冻融循环次数的关系。徐嘉豪 [4] 以损伤力
对处于高寒地区下的工程建设及矿产资源的开发过程中，
单仁亮等 [5] 对冻结红砂岩在不同围压和不同温度下进行常
如寒区隧道施工、涵洞建设、石油和天然气开采、煤矿开发以及 冻结法凿井等都会遇到很多寒区岩土工程问题。且在地下工程 建设及矿产资源开发中又经常遇到循环加、卸载荷作用，如地下
规三轴试验，探讨围压和温度对泊松比、强度、粘聚力、内摩擦 角、切线模量等的影响。刘建锋 [6] 采用单轴循环加卸载测试岩石 阻尼参数。杜海民等 [7] 对相同温度、相同应变率、不同含水率和
硐室的开挖与支护、地震作用等。因此研究冻融岩石在循环加卸 围压条件下的高含冰冻结粉质砂土进行三轴循环加、卸载试验 ,
载作用下的力学特性对工程实际具有一定的参考价值。 国内外许多学者对循环荷载作用下岩石的强度特征与弹性
对高含冰量冻结粉质砂土的能量耗散与剪切模量特性进行了研 究。单仁亮、王建国、杨阳等 [8-10] 对冻结岩样进行 SHPB 单轴或
加卸载、SHPB 冲击荷载等进行研究，取得了显著的成果。而对
红砂岩的工程性质及填筑路基施工技术(@红砂岩)
文章编号：1005－0574－（2013）01－0042－03红砂岩的工程性质及填筑路基施工技术刘海峰（保定申成路桥有限责任公司，河北保定071000）摘要：通过醴陵－茶陵高速公路的施工实践，总结了红砂岩的物理性质及特性，介绍了红砂岩的试验检测方法和施工方法，对今后红砂岩的填筑路基施工提供参考。
关键词：红砂岩；工程性质；填筑路基；施工技术中图分类号：U414.1+1文献标识码：AAbstract：Through Liling－Chaling Highway construction practice，summarizes the physical properties and characteristics of the red sandstone，describes the assay methods and construction methods，and provide reference for red sandstone filling roadbed construction in future．Key words：red sandstone；engineering properties；filling subgrade；construction technology在湖南株洲地区修建的醴茶高速公路，沿线遇到了很多红砂岩，红砂岩是介于岩石和土之间的一种材料。
该红砂岩作为路基的填筑材料，应该了解它的工程性质和填筑路基的施工方法。
1红砂岩的定义一些分布于地层中的泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩、泥质或砂质页岩之类的岩石常常因为富含铁的氧化物而呈红色、深红色或褐色，这类岩石统称红砂岩。
2红砂岩的分类红砂岩根据其强度可分为两大类，即“岩土类”和“砂岩类”。
开挖后由于暴露在空气中受空气和水分的作用而变得松散，在遇到水后就发生崩解成为“岩土类”。
另外，单轴饱水抗压强度R a＜15MPa的红砂岩也属于“岩土类”，而单轴饱水抗压强度R a＞15 MPa的红砂岩则属于“砂岩类”。
红庆梁煤矿围岩砂质泥岩遇水力学性质研究房平
红庆梁煤矿围岩砂质泥岩遇水力学性质研究 房平发布时间：2023-07-16T08:22:06.104Z 来源：《科技新时代》2023年9期 作者： 房平[导读] 以红庆梁煤矿11307砂质泥岩巷道围岩为研究对象，通过对比分析干燥处理的砂质泥岩与饱水处理后的力学特性。
研究结果表明，饱水处理后的试样力学特性出现了一定程度的劣化，相较于干燥处理的试样，其单轴抗压强度为干燥试样的68.33%，抗拉强度为45%，其值分别为25.57MPa 和0.54MPa 。
因此，在实际地下工程中，在水-岩作用下，围岩需及时采取控制措施。
鄂尔多斯市昊华红庆梁矿业有限公司 鄂尔多斯市 017000摘要：以红庆梁煤矿11307砂质泥岩巷道围岩为研究对象，通过对比分析干燥处理的砂质泥岩与饱水处理后的力学特性。
研究结果表明，饱水处理后的试样力学特性出现了一定程度的劣化，相较于干燥处理的试样，其单轴抗压强度为干燥试样的68.33%，抗拉强度为45%，其值分别为25.57MPa 和0.54MPa 。
因此，在实际地下工程中，在水-岩作用下，围岩需及时采取控制措施。
关键词：砂质泥岩；力学特征；水岩作用1.引言岩石中水的形式有气态水、吸着水、薄膜水等，此外还有矿物中的化学结合水。
在实际工程中，环境中的水及软岩中的水均会对岩石的变形和强度特性产生影响，在水饱和与干燥条件下的岩石力学特性，两者之间存在显著差异[1]。
软岩遇水后，其强度大幅降低，这是由于水从软岩的成分和结构两方面共同改变了岩体的力学性质，表现为水对岩石的弱化作用，并且这种弱化作用造成的损伤有时比力学因素造成的损伤更为严重[2]。
为研究水化作用下软岩基本力学性质的变化情况，国内外学者均在该领域做了大量研究。
在软岩的成分与结构两面上，学者们认为水对岩体的力学作用主要分为静水压的有效应力作用和动水压的冲刷作用——当水浸入岩体后，发生了一系列的物理、化学反应，改变岩体结构面中填充物的物理状态、减小岩体的摩擦角，特别是其中的粘土矿物遇水后，随着含水量的变化，粘土矿物从固态向塑态直至液态变化，使得岩石的力学性质大幅降低[3]。
红砂岩路堤填料崩解及强度特性试验
红砂岩路堤填料崩解及强度特性试验周德军【摘要】The triaxial compression test and disintegration test were performed to study the strength and disintegration properties of coarse-grained soil of red sandstone prepared to fill the embankment.The test results show the relationship between the amount of disintegration and time were logarithm. The fractal dimension of coarse-grained soil increases rapidly at the beginning,and then gradually becomes stable.The peak shear strength increases following the increase of relative density,while the samples turn from strain hardening into strain softening. The brittleness index of samples diminishes with the increasing of confining pressure.%为研究筑路用红砂岩粗粒土崩解及强度特性，对红砂岩粗粒土进行了崩解和不同初始密度下的三轴压缩试验。
试验结果表明，红砂岩粗粒土的崩解量与时间呈对数关系，其颗粒分维数随时间先迅速增大而后逐渐趋于稳定；随相对密度增大，峰值抗剪强度逐渐增大，试样逐渐由应变硬化转为应变软化；随围压增大，试样脆性指数减小。
【期刊名称】《筑路机械与施工机械化》【年(卷),期】2016(033)012【总页数】5页(P75-78,85)【关键词】红砂岩;崩解;相对密度;强度【作者】周德军【作者单位】长安大学电子与控制工程学院，陕西西安 710064; 贵州交通职业技术学院道路与桥梁工程系，贵州贵阳 550008【正文语种】中文【中图分类】U416.12红砂岩于白垩纪至第三纪早期形成，在中国华东、华南及西南等地区分布广泛［1］。
低温作用下岩石基本力学性质试验研究_徐光苗(岩石力学与工程学报-2006-12)
compressive strength of rock. The cohesive strength and inner friction angle achieved by the triaxial compression tests increase with the decreasing of temperature with range of －10 ℃ to 20 ℃，and the red sandstone exhibits larger dependence on temperature. According to these test results，some valuable curves are obtained；and relevant
收稿日期：2005–09–07；修回日期：2006–01–05 基金项目：国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB12704) 作者简介：徐光苗(1978–)，男，博士，2001 年毕业于长安大学地质工程系建筑工程专业，主要从事低温岩体 THM 耦合、低温岩体损伤及地下铁道 工程方面的研究工作。E-mail：xuguangmiao@
2.51
2.74
饱和含水 孔隙度
量/%
n/%
6.93 15.86
1.09
2.90
3 低温下岩石单轴压缩试验
3.1 试验准备 取干燥或饱和岩样，用乳胶套密封好，并逐一
西北地区红层泥岩崩解特性试验研究
西北地区红层泥岩崩解特性试验研究
甘季中;刘兆温;张微;穆彦虎;张坤;毛云程;陈敦;张宪魁;张轩
【期刊名称】《中国建材科技》
【年(卷),期】2024(33)2
【摘要】针对西北地区红层泥岩设计了一套自由浸水崩解装置,对不同质量的红层泥岩试块进行自由浸水试验。
考虑试块的吸水过程,将试块吸水率作为崩解试验结
果的补偿,研究不同质量红层泥岩试块的崩解率、崩解速率随时间变化规律。
结果
表明,测试红层泥岩膨胀性矿物含量较少,其崩解的前30%时间内崩解率可达
45%~75%,前50%时间内崩解率可达68%~90%,崩解总时间T与试块质量m满
足T=a*(1-e^(-b*m)) 关系。
随着试块质量增加,试块崩解速率越大,且崩解的前50%时间内崩解率增加显著。
【总页数】6页(P30-35)
【作者】甘季中;刘兆温;张微;穆彦虎;张坤;毛云程;陈敦;张宪魁;张轩
【作者单位】西北民族大学土木工程学院;兰州交通大学土木工程学院;中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室;甘肃省绿色工程材料与低碳建
造重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TU443
【相关文献】
1.红层泥岩崩解特性室内试验研究
2.红层泥岩崩解性试验研究
3.三峡库区巴东组红层泥岩崩解和强度弱化特性研究
4.不同pH条件下红层泥岩崩解特性研究
5.甘肃红层泥岩耐崩解试验与矿物夹杂效应研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
岩土材料在工程环境下所表现出众多而复杂的 工程特性和现象，都与其内部微结构的形态和变化 有关。因而，揭示岩土体工程特性与其微结构形态 及变化之间的内在规律性，建立具有微结构变化特 征背景的关系式，不仅对岩土力学理论进一步深入 研究具有十分重要的科学意义，而且对分析和评价 岩土材料的工程特性及其对工程建设的适应性也有 着明显的现实性。岩土材料微结构的研究与试验水 平密切相关，随着扫描电镜(SEM)、电子探针、透 射电镜等新兴技术的不断引入和计算机图像处理技 术的提高，对岩土材料微结构研究已由单纯的定性 描述发展到了定量描述和分析。目前，这方面的研 究主要集中在结构特征的量化和岩土材料微结构变 化与工程性质的定量分析上，C. A. Moore 和 C. F. Donaldson[1]利用数字摄影技术，根据分形理论定量 分析了土的孔隙率和孔隙分布；吴义祥[2]应用计算 机图像分析技术从信息熵角度对工程黏性土结构排 列状态进行了定量研究；刘松玉等[3，4]推出了粒度 分维分析方法等，提出了大量的微结构量化参数。 这些微结构量化参数的提出，为建立具有微观背景 的岩土材料本构模型奠定了基础。
关键词：岩石力学；红砂岩；微结构；关联性分析；演化特性
中图分类号：TU 45
文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2007)10–2141–07
EXPERIMENTAL STUDY ON MICROSTRUCTURE OF STRENGTH PROPERTY OF RED SANDSTONE
HU Xin1，2，HONG Baoning1，2，WANG Wei3，MENG Yunmei3 (1. Key Laboratory for Geotechnical Engineering of Ministry of Water Resources，Hohai University，Nanjing，Jiangsu 210098，
Abstract：In order to discuss the microstructural mechanism of strength property of red sandstones，the microstructural changes of red sandstone under load are tracked by using optical testing systems；the unconfined
2.31
1.78
2.75
2.68
0.38
0.56
S4
强
0.81
0.89
82.1
17.9
0.75
0.65
2.08
1.65
2.23
2.30
0.40
3.38
S5
强
0.85
0.72
83.4
16.6
0.78
0.65
2.04
1.64
2.71
2.65
0.44
3.56
Z1
中
0.70
0.88
86.1
13.9
0.74
0.58
compressive strength of corresponding rock specimen is measured and the comparable quantitative parameters are extracted. By using multilinear regression method，the correlations between unconfined compressive strength and
第 26 卷 第 10 期 2007 年 10 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.26 No.10 Oct.，2007
红砂岩强度特性的微结构试验研究
胡 昕 1，2，洪宝宁 1，2，王 伟 3，孟云梅 3
(1. 河海大学 岩土工程水利部重点实验室，江苏 南京 210098；2. 河海大学 岩土工程研究所，江苏 南京 210098； 3. 南京工程学院 建筑工程学院，江苏 南京 211167)
摘要：为探讨红砂岩强度特性的微观机制，运用自主开发的微细结构光学测试系统，对荷载作用下红砂岩微结构
的演化进行全程观测，并测定对应岩样的无侧限抗压强度和提取相应的微结构量化参数。运用多元线性回归分析
法对微结构量化参数和无侧限抗压强度进行关联性分析，筛选出对红砂岩无侧限抗压强度有显著影响的微结构要
素，并对荷载作用下显著性微结构要素的演化特性进行分析。研究结果表明：在单轴压缩条件下，红砂岩先结构
强化，后结构劣化，直至最终破坏；红砂岩的单轴抗压强度主要与密实程度、微孔洞等缺陷的分布情况及矿物颗
粒之间的联结状态有关，随着红砂岩风化程度的增强，以上各因素对其单轴抗压强度的影响将更加显著；伴随荷
载的增加，红砂岩的矿物颗粒面积比例及欧拉数总体上趋于减小，孔隙向着集中化和集团化的趋势发展，红砂岩
抗变形能力逐步丧失。
3 风化程度对红砂岩微结构的影响
岩石的结构是指岩石矿物(及岩屑)颗粒相互之 间的关系，包括矿物颗粒及岩石中孔隙(即孔隙、裂 隙及微结构面等内部缺陷)的形态、分布和结构联结 特点[11]。风化作用普遍增加了岩石的微孔隙体积和 孔隙表面积，特别是增大了大孔径孔隙在总孔隙中 所占的比例[12]。从微结构角度看，随着风化程度的
microstructural parameters are analyzed. Then the microstructural elements closely linked with unconfined
compressive strength of red sandstone are filtered and the evolutionary characteristics of prominent microstructural elements are analyzed. The findings indicate that under uniaxial compression，the red sandstones at first experience structural intensification and then structural degradation until they are failed；the unconfined compressive strength of red sandstone is mainly related with compaction rate，pore distribution and connecting condition of mineral grains；and the above factors have a more notable impact on the unconfined compressive strength of red sandstone with the increase of weathering；with the increase of load，the grains area ratio and Euler number decrease，the pore develops towards centralization or collectivization，and the red sandstones gradually lose their resistance to
由于岩土材料的物理力学性质是微结构状态的 总体反映，是诸多结构因素共同作用的结果，不同 的结构因素对岩土材料的物理力学性质的影响差别 很大，并且表征结构状态的结构量化参数对工程特 性的影响不是完全独立的，而是存在着一定的交 叉[5]。因此，为准确地反映土体某种物理力学性质 同微细结构状态之间的关系，必须确定主要影响因 素，从定义的微结构量化参数中筛选出对岩土材料 物理力学性质具有显著影响的参数。同时，岩土材 料在受力压缩时，其工程性质亦将发生相应的变 化，这种变化通过其结构状态的调整来实现[6～8]。 因此，要想揭示物理力学行为的本质规律，必须掌 握岩土材料在受力过程中微结构相应的变化情况。 综上所述，本文从筛选对岩土材料物理力学性质具 有显著影响的微结构量化参数着手，研究岩土材料
收稿日期：2007–06–01；修回日期：2007–06–21 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50279008) 作者简介：胡 昕(1979–)，男，2003 年毕业于南京林业大学土木工程学院道路与桥梁工程专业，现为博士研究生，主要从事岩土材料微结构 力学及其测试方法和软土地基处理方面的研究工作。E-mail：moyuan@
• 2142 •
岩石力学与工程学报
2007 年
deformation. Key words：rock mechanics；red sandstone；microstructure；relevance analysis；evolutionary characteristics
1引言
工程特性与其微结构变化之间的内在规律性，对建 立具有微结构变化背景的本构关系具有重要意义。
第 26 卷 第 10 期
胡 昕， 等. 红砂岩强度特性的微结构试验研究
• 2143 •
表 1 岩样初始状态的微结构量化参数均值与单轴抗压强度统计表 Table 1 Statistical table of quantative microstructural parameters under initial state and uniaxial compressive strength
China；2. Institute of Geotechnical Engineering，Hohai University，Nanjing，Jiangsu 210098，China；3. College of Architectural Engineering，Nanjing Institute of Technology，Nanjing，Jiangsu 211167，China)