【摘要】：泥巖強(qiáng)度和變形參數(shù)是工程設(shè)計與施工控制的重要指標(biāo)。為研究卸荷作用和水巖作用對膨脹性泥巖強(qiáng)度和變形特性的影響程度,選取南寧盆地典型膨脹性泥巖為研究對象,進(jìn)行了加卸荷剪切試驗(yàn)和無荷膨脹率試驗(yàn),在此基礎(chǔ)上,分析了卸荷泥巖強(qiáng)度變化規(guī)律,探討了水巖作用對卸荷泥巖變形特性的影響程度。試驗(yàn)結(jié)果表明,卸荷作用引起泥巖強(qiáng)度降低,壓縮性增大,相比于加載條件,卸荷狀態(tài)下泥巖的黏聚力明顯較高,而內(nèi)摩擦角則相對較小。引入卸荷比和強(qiáng)度損失率分析了卸荷泥巖的強(qiáng)度變化規(guī)律,卸荷泥巖強(qiáng)度損失率隨卸荷比增加而增大,當(dāng)卸荷比為0.7~0.8時,泥巖強(qiáng)度損失率最大。相對于卸荷作用,水巖作用對泥巖變形特性的影響較大,對樣品的損傷約占30%~65%。研究結(jié)果表明獲取試樣力學(xué)參數(shù)中不能忽略取樣過程對泥巖強(qiáng)度和變形特性的影響。
【圖文】：

［15］對砂質(zhì)泥巖進(jìn)行了三軸加、卸載試驗(yàn)，研究了泥巖加、卸荷抗壓強(qiáng)度取值問題，提出半對數(shù)數(shù)據(jù)分析法確定軟巖強(qiáng)度。以上研究主要對卸荷硬巖力學(xué)特性和變形規(guī)律進(jìn)行研究，但對淺部工程卸荷泥巖的力學(xué)性質(zhì)與變形特性的研究并不多見，尤其是對卸荷膨脹性泥巖的研究涉及較少。因此，開展水巖耦合作用下卸荷泥巖力學(xué)行為與變形特性的研究有重要意義。本文針對南寧盆地灰色膨脹性泥巖，經(jīng)室內(nèi)模擬取樣過程，開展加、卸荷剪切試驗(yàn)和無荷膨脹率試驗(yàn)，研究水巖作用下卸荷泥巖的強(qiáng)度和變形特性及其變化規(guī)律。1試驗(yàn)方案及試驗(yàn)條件圖1泥巖試樣Fig.1Samplesofmudstone1.1試驗(yàn)準(zhǔn)備試樣取自南寧某建筑基坑，取樣深度為8～15m，在基坑處采用人工開挖法取樣。采用保鮮膜包裹試樣，裝于充填紙屑和海綿的泡沫箱中運(yùn)輸，利用鋼絲鋸和切土刀切取試樣，降低對泥巖的擾動。擬進(jìn)行加、卸載的直接剪切試驗(yàn)和無荷膨脹率試驗(yàn)。加、卸載直接剪切試驗(yàn)采用ZJ型應(yīng)變控制式直剪儀，采取快剪試驗(yàn)方法，依據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50123—1999)(以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》)，剪切速率采用0.8mm/min，無荷膨脹率試驗(yàn)采用固結(jié)儀。試樣按照《標(biāo)準(zhǔn)》加工成直徑61.8mm，高20mm的土餅樣品，泥巖樣品如圖1所示。1.2試驗(yàn)方案(1)加載試驗(yàn)。法向應(yīng)力分別為100，200，300，400kPa作用下進(jìn)行快剪試驗(yàn)，獲得加載狀態(tài)下的τ-σ曲線和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。(2)卸載試驗(yàn)。首先對泥巖試樣分別在不同垂直荷載(100，200，300，400kPa)作用下進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)，然后逐級卸載，待每級卸載穩(wěn)定后進(jìn)行剪切試驗(yàn)，，獲得卸載狀態(tài)下的τ＇-σ＇曲線和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。卸載試驗(yàn)具體情況見表1。表1卸載試驗(yàn)情況Tab.1Testconditionsofunloading荷載作用方式樣號(個數(shù))豎向荷載P1/kPaP2/kPa固結(jié)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

第5期馬福榮，等:取樣卸荷對膨脹性泥巖強(qiáng)度與變形特性影響的試驗(yàn)研究2應(yīng)力路徑與強(qiáng)度2.1取樣卸荷的應(yīng)力狀態(tài)分析天然狀態(tài)巖土體是三相受力體，取樣卸荷過程中，深處土體應(yīng)力隨上覆土層的卸除而產(chǎn)生變化，并發(fā)生重分布。鉆孔底部下某深度處土體單元A點(diǎn)的受力過程如圖2所示，應(yīng)力重分布過程如圖3所示。應(yīng)力重分布過程即是泥巖內(nèi)部能量釋放過程，這一過程致泥巖內(nèi)部裂隙增大，結(jié)構(gòu)受損，從而降低了泥巖樣品的強(qiáng)度。圖2鉆探過程中A點(diǎn)受力狀態(tài)Fig.2StressphaseindrillingofpointA圖3A點(diǎn)卸荷過程的應(yīng)力摩爾圓Fig.3Mohr'scirclesinunloadingstressprocess圖4超固結(jié)土固結(jié)不排水剪試驗(yàn)中的應(yīng)力路徑Fig.4Stressparthforaconsolidated-undrainedtriaxialtestonoverconsolidatedsoil2.2應(yīng)力路徑與強(qiáng)度分析南寧盆地泥巖具有較強(qiáng)的超固結(jié)性［16］，前期固結(jié)壓力遠(yuǎn)高于第四系硬土，在一定程度上影響著泥巖強(qiáng)度。圖4為超固結(jié)狀態(tài)下的三軸固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)的應(yīng)力路徑，圖中p=(σ1+σ3)/2，q=(σ1－σ3)/2，σ1，σ3分別為大小主應(yīng)力，p，q為總應(yīng)力，p'，q'為有效應(yīng)力。圖中A表示天然原位狀態(tài)即K0狀態(tài)，B表示取樣卸荷后的狀態(tài)，C表示對試樣進(jìn)行等向固結(jié)后的狀態(tài)。AF為原狀土的總應(yīng)力路徑，ABD為卸荷樣品的總應(yīng)力路徑，ABCE為等向固結(jié)樣品的總應(yīng)力路徑。BD'，CE'，AF'為有效應(yīng)力路徑。卸荷樣品強(qiáng)度(D點(diǎn))和等向固結(jié)樣品強(qiáng)度(E點(diǎn))遠(yuǎn)小于原狀土強(qiáng)度(F點(diǎn))。由應(yīng)力路徑分析可知卸荷對試樣的初始影響不可忽略，必須考慮卸荷對泥巖強(qiáng)度及變形的影響。室內(nèi)試驗(yàn)用樣為卸荷樣品，試驗(yàn)參數(shù)值過低，常常無法被工程所利用的現(xiàn)象時有發(fā)生。圖5卸荷直接剪切應(yīng)力路徑Fig.5Stressparthforunloadingdirectsheartest3卸荷泥巖的強(qiáng)度變化


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