论文部分内容阅读
粉砂质泥岩是一种集中分布于我国南方湖广及贵州地区的膨胀性软岩，具有失水易收缩开裂、遇水膨胀软化的特征。随着南方地区的基础设施建设的快速发展，不可避免地遇到诸多与粉砂质泥岩相关的工程问题。南方地区为亚热带季风气候，环境温、湿度在时间和空间上都存在较频繁的起伏变化，易使粉砂质泥岩裂隙发育、强度损伤劣化及发生大变形，进而危及工程结构稳定及安全。因此，本文采用室内试验、理论分析及数值模拟等手段，深入了解粉砂质泥岩的成分及基本物理性质，并详细分析了粉砂质泥岩的非饱和渗流特性及不同因素的影响，揭示了粉砂质泥岩在湿热交替下裂隙扩展的时空演化规律，系统研究了粉砂质泥岩在湿热作用、裂隙作用下的力学性能演化规律，并据此采用离散元法对粉砂质泥岩的细观参数进行了反演。主要研究内容及结论如下:
(1)通过超声纵波速分析筛选粉砂质泥岩试样，降低离散性;开展成分分析获取了粉砂质泥岩的矿物及化学成分的种类和含量，开展基本物理性质试验掌握了粉砂质泥岩的颗粒密度、毛体积干密度、孔隙率、吸水率、饱和吸水率、膨胀性及水岩特性，分析了吸水率、饱和吸水率、膨胀性、水岩特性与孔隙率的关系。
(2)采用自制的泥岩环境控制试验箱及非饱和入渗模型，针对粉砂质泥岩开展了不同因素影响下的饱和一非饱和一维渗流试验，分析了粉砂质泥岩的非饱和渗流规律，及岩石孔隙率、温度、覆水高度以及渗流方向等因素对粉砂质泥岩的非饱和渗流规律的影响，并以Gompertz曲线模型为基础，建立了粉砂质泥岩非饱和下渗的含水率时空预测模型。
(3)对自制的粉砂质泥岩裂隙扩展模型顶面进行湿热循环，并采用工业CT扫描获取不同湿热循环次数下、不同位置处的裂隙CT图像，运用图像技术处理CT图像，重建裂隙三维图像，并提取裂隙特征信息分析了裂隙的时空演化规律。
(4)对经不同方式湿热处理后的粉砂质泥岩试样测试超声波纵波速、含水率，并开展单轴压缩及巴西劈裂实验，根据实验结果分析粉砂质泥岩在温度作用、湿度作用及湿热作用下的纵波速、含水率及单轴力学性能变化规律，并分析了纵波速、含水率与粉砂质泥岩单轴强度的关系。
(5)开展了完整粉砂质泥岩在不同围压、不同加载速率下的岩石三轴试验，含裂隙粉砂质泥岩试样在不同围压下、不同裂隙倾角、不同裂隙连通率下的岩石三轴试验。获取了完整及含裂隙粉砂质泥岩在不同条件下的三轴应力.应变曲线，分析了围压、加载速率对粉砂质泥岩三轴强度的影响，并且分析了含裂隙粉砂质泥岩在不同围压、不同裂隙倾角、不同裂隙连通率下的损伤规律。
(6)基于离散元法建立了粉砂质泥岩的三轴加载试验数值模型，根据粉砂质泥岩三轴加载实验的结果反演了粉砂质泥岩数值模型的细观参数，使得计算模型能较好地描述粉砂质泥岩的三轴加载力学行为。并分析了轴压加载速率、围压对数值模型细观参数的影响。
(1)通过超声纵波速分析筛选粉砂质泥岩试样，降低离散性;开展成分分析获取了粉砂质泥岩的矿物及化学成分的种类和含量，开展基本物理性质试验掌握了粉砂质泥岩的颗粒密度、毛体积干密度、孔隙率、吸水率、饱和吸水率、膨胀性及水岩特性，分析了吸水率、饱和吸水率、膨胀性、水岩特性与孔隙率的关系。
(2)采用自制的泥岩环境控制试验箱及非饱和入渗模型，针对粉砂质泥岩开展了不同因素影响下的饱和一非饱和一维渗流试验，分析了粉砂质泥岩的非饱和渗流规律，及岩石孔隙率、温度、覆水高度以及渗流方向等因素对粉砂质泥岩的非饱和渗流规律的影响，并以Gompertz曲线模型为基础，建立了粉砂质泥岩非饱和下渗的含水率时空预测模型。
(3)对自制的粉砂质泥岩裂隙扩展模型顶面进行湿热循环，并采用工业CT扫描获取不同湿热循环次数下、不同位置处的裂隙CT图像，运用图像技术处理CT图像，重建裂隙三维图像，并提取裂隙特征信息分析了裂隙的时空演化规律。
(4)对经不同方式湿热处理后的粉砂质泥岩试样测试超声波纵波速、含水率，并开展单轴压缩及巴西劈裂实验，根据实验结果分析粉砂质泥岩在温度作用、湿度作用及湿热作用下的纵波速、含水率及单轴力学性能变化规律，并分析了纵波速、含水率与粉砂质泥岩单轴强度的关系。
(5)开展了完整粉砂质泥岩在不同围压、不同加载速率下的岩石三轴试验，含裂隙粉砂质泥岩试样在不同围压下、不同裂隙倾角、不同裂隙连通率下的岩石三轴试验。获取了完整及含裂隙粉砂质泥岩在不同条件下的三轴应力.应变曲线，分析了围压、加载速率对粉砂质泥岩三轴强度的影响，并且分析了含裂隙粉砂质泥岩在不同围压、不同裂隙倾角、不同裂隙连通率下的损伤规律。
(6)基于离散元法建立了粉砂质泥岩的三轴加载试验数值模型，根据粉砂质泥岩三轴加载实验的结果反演了粉砂质泥岩数值模型的细观参数，使得计算模型能较好地描述粉砂质泥岩的三轴加载力学行为。并分析了轴压加载速率、围压对数值模型细观参数的影响。