【摘要】：“滇中紅層”軟巖主要指滇中紅層中的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、等泥質(zhì)巖類,這類巖石因為其成巖作用差,內(nèi)部富含泥質(zhì),常表現(xiàn)出較差的工程地質(zhì)特性:(1)強度較低,在實際工程中則表現(xiàn)出較差的抗滑能力和承載能力;(2)變形模量小,易產(chǎn)生較大的變形,反應(yīng)在工程實際上則表現(xiàn)出:隧道圍巖變形大,地基易發(fā)生沉降變形等;(3)流變效應(yīng)明顯,長期強度一般為單軸抗壓強度的70%,在工程實際中若沒有充分考慮這一特性,最終可能會影響工程的長期運營;(4)水巖作用強烈,巖石的工程地質(zhì)特性會受水巖作用的強烈影響,繼而影響工程的施工難度以及運營穩(wěn)定性。但目前對滇中紅層軟巖的水-巖作用機理并沒有專門系統(tǒng)的研究,并且也沒有系統(tǒng)的研究過水巖作用對滇中紅層時效性變形特性的影響�；诖吮疚臄M通過研究滇中紅層的水巖作用機理,從理論上解釋水巖作用對滇中紅層軟巖的影響程度,以及影響因素,進而研究水巖作用對巖石時效性變形的特性,為滇中紅層地區(qū)的工程建設(shè)以及工程運營提供指導(dǎo)依據(jù)。本文從以下幾個方面系統(tǒng)的研究滇中紅層軟巖的水巖作用機理以及時效性變形特性:1、滇中紅層軟巖的主要地層以及主要巖性。滇中紅層中的軟巖的沉積相多為靠近盆地中心的淺湖相,如西段的張河組、普昌河組、妥甸組等;而隨著其沉積環(huán)境逐漸過度為河流相,軟巖的含量也就越來越少,最后過度成為砂巖夾泥巖或者全砂巖等中硬巖或者硬巖。這樣的沉積環(huán)境造成了滇中紅層軟巖的巖性主要以泥巖或粉砂質(zhì)泥巖等泥質(zhì)巖類為主。2、滇中紅層軟巖的主要礦物組成以及紅層軟巖的主要工程特性。巖石的性質(zhì)主要由巖石的礦物組成以及巖石的結(jié)構(gòu)所控制,通過研究滇中紅層軟巖的礦物組成和工程地質(zhì)特性,得到紅層軟巖的組成、物理力學(xué)性質(zhì)以及變形特性,繼而為研究水巖作用對紅層軟巖工程地質(zhì)特性的影響打下基礎(chǔ)。3、研究滇中紅層軟巖水巖作用的表現(xiàn)形式。通過研究滇中紅層軟巖的水-巖特性試驗得出,水巖作用下滇中紅層軟巖主要表現(xiàn)為巖石的崩解、巖石的膨脹以及巖石的軟化。在此基礎(chǔ)上研究滇中紅層軟巖水-巖作用劇烈程度的分級,通過研究紅層軟巖水-巖作用的強烈程度的分級標(biāo)準,進而判斷軟巖水-巖作用的強烈程度,進一步指導(dǎo)該類巖石地區(qū)的設(shè)計、施工以及運營。4、研究滇中紅層軟巖的崩解性分級標(biāo)準。此前關(guān)于崩解性的分級標(biāo)準只考慮了軟巖的耐崩解指數(shù),并沒有系統(tǒng)的考慮軟巖崩解的速度,以及軟巖崩解的程度。本文通過修正ISRM推薦的分級標(biāo)準,將軟巖的崩解速率,崩解程度,以及崩解的時間效應(yīng)進行綜合考慮,最終得出一套適用于滇中紅層軟巖地區(qū)的耐崩解性分級標(biāo)準。5、研究滇中紅層軟巖的膨脹性分級標(biāo)準。此前關(guān)于巖石膨脹性的分級標(biāo)準的指標(biāo)多為間接指標(biāo)和變形指標(biāo),這類指標(biāo)并不能很好的服務(wù)于工程設(shè)計以及工程施工,而本文在這些分級指標(biāo)的基礎(chǔ)上,引入了軟巖的膨脹力指標(biāo)。作為膨脹性的直接指標(biāo),膨脹力能很好的反映出巖石的膨脹特性,并且根據(jù)膨脹力的大小能很好的進行優(yōu)化設(shè)計和施工。6、研究滇中紅層長期軟化效應(yīng)。此前關(guān)于滇中紅層軟化性的研究僅僅停留在巖石的軟化系數(shù)層面,并沒有考慮水-巖作用的時間效應(yīng)。紅層軟巖作為本次滇中紅層地區(qū)引水隧道的隧道圍巖,必然處于長期飽水的環(huán)境,所以僅僅考慮巖石的軟化效應(yīng)是不夠的,基于此本文創(chuàng)新的研究了滇中紅層軟巖軟化性的時間效應(yīng),得出紅層軟巖長期飽水作用下強度的變化規(guī)律。7、研究滇中紅層軟巖水-巖作用的影響因素。此前關(guān)于巖石水-巖作用的影響因素是針對不同的水-巖作用表現(xiàn)形式單獨研究的,并沒有系統(tǒng)的考慮水巖作用的影響因素。本文首次將滇中紅層水-巖作用作為一個系統(tǒng)來考慮其影響因素,并且首次提出滇中紅層水-巖作用的實質(zhì)是巖石內(nèi)部空隙率的變化。巖石內(nèi)部孔隙率增長的過程,滇中紅層軟巖主要表現(xiàn)出軟化和膨脹的特性,當(dāng)巖石內(nèi)部的空隙率增長超過極限時,巖石則表現(xiàn)軟巖崩解的性質(zhì);而影響巖石孔隙率變化的主要是巖石的礦物組成和巖石本身的結(jié)構(gòu)。8、研究滇中水-巖特性之間的關(guān)系。此前的研究注重巖石水-巖特性本身,并沒有考慮水巖特性之間的關(guān)系。本文通過研究滇中紅層軟巖水-巖特性之間的相關(guān)性,得到了滇中紅層軟巖水-巖特性之間的關(guān)系,滇中紅層軟巖的軟化性以及膨脹性屬于水巖作用的發(fā)展階段,在這一階段水巖作用使得巖石內(nèi)部的連接減少,孔隙率增大,與此同時,巖石內(nèi)部的黏土礦物膨脹,裂隙充水?dāng)U展使得巖石的體積增大表現(xiàn)出膨脹性;當(dāng)巖石內(nèi)部的連接力不能克服巖石的膨脹壓力時,巖石則散體破碎,表現(xiàn)出崩解性,所以巖石的崩解是滇中紅層軟巖水巖作用的最終形式。9、研究滇中紅層軟巖的飽水長期強度,此前關(guān)于滇中紅層軟巖的長期強度研究停留在自然條件下的流變試驗研究,并沒有研究飽水作用下的流變特性,因為軟巖易崩解,研究其飽水流變困難。本文克服這一困難,研究滇中紅層軟巖的飽水長期流變,首次得到了滇中紅層軟巖的飽水長期強度,以及本構(gòu)關(guān)系,為后續(xù)的研究奠定基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU45
【圖文】：

圖 1.1-1 現(xiàn)場堆場巖塊堆放 1 周后崩解圖片 圖 1.1-2a 原巖崩解圖圖 1.1-2b 室內(nèi)崩解試驗對比（2）膨脹性。滇中紅層軟巖膨脹性較高，根據(jù)前期室內(nèi)試驗的結(jié)果顯示，滇中紅層軟巖的膨脹力往往為100~200Kpa 比之其他軟巖的膨脹力往往要大很多；（3）泥化效應(yīng)。滇中紅層軟巖的泥化效應(yīng)明顯。在現(xiàn)場隧道開挖過程中經(jīng)常會遇到一層硬塑狀土（如圖 1.1-3），寬度較大，在野外地表調(diào)查中并未發(fā)現(xiàn)該

圖 1.1-1 現(xiàn)場堆場巖塊堆放 1 周后崩解圖片 圖 1.1-2a 原巖崩解圖圖 1.1-2b 室內(nèi)崩解試驗對比（2）膨脹性。滇中紅層軟巖膨脹性較高，根據(jù)前期室內(nèi)試驗的結(jié)果顯示，滇中紅層軟巖的膨脹力往往為100~200Kpa 比之其他軟巖的膨脹力往往要大很多；（3）泥化效應(yīng)。滇中紅層軟巖的泥化效應(yīng)明顯。在現(xiàn)場隧道開挖過程中經(jīng)常會遇到一層硬塑狀土（如圖 1.1-3），寬度較大，在野外地表調(diào)查中并未發(fā)現(xiàn)該

本文編號：2725523