兰州皋兰山地区红层砂岩工程地质特性研究

发布时间：2017-03-18 11:03

  本文关键词：兰州皋兰山地区红层砂岩工程地质特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：红层在我国西南、华南、东南和西北地区广泛分布,红层砂岩具有遇水易软化、崩解的特点且岩体中软弱夹层发育。为保证工程建设在红层地区更好地开展,有必要搞清楚红层砂岩的工程地质特性尤其是层理面倾角对岩体强度的影响。通过对不同沉积层理面角度的红层砂岩试样进行单轴压缩试验、三轴压缩试验、声波测试实验以及数值模拟。可以得出以下结论:(1)在单轴压缩试验中,不同角度试样的破坏模式表现出一定的各向异性。随着层理面与轴力方向夹角的逐渐增大,试样的破坏机理由沿着层理面产生竖向劈裂,转化为沿着层理面的滑移剪切破裂,再逐渐转化为交切层理面的结构块体压致性拉张破裂。(2)在单轴压缩试验中,不同角度试样的力学性质表现出一定的各向异性。垂直层理面试样的单轴抗压强度最大,平行层理面试样的单轴抗压强度较小,当层理面与轴力方向夹角为30°时,试样的单轴抗压强度最小。随着层理面与轴力方向夹角的逐渐增大,试样的割线弹性模量和泊松比均呈现逐渐减小的趋势。(3)在三轴压缩试验中,随着围压的增大,试样的峰值强度和残余强度均随之增大,试样的割线弹性模量也随之增大。随着围压的增大,不同角度试样的峰值强度间的差值有所减小,试样的各向异性逐渐减弱。对于本文研究的皋兰山地区的红层砂岩,当围压达到8MPa时,可认为已从各向异性材料转变为各向同性材料。本文研究的红层砂岩符合M-C准则,计算得到的破裂面与轴向的夹角和实际试样的破裂面相近。可以以此预测试样的实际破裂面角度。(4)在不受外力的条件下,不同角度试样的纵波波速和横波波速表现出一定的各向异性。随着层理面与取芯方向夹角的逐渐增大,纵波波速和横波波速均逐渐减小,波速比VP/VS也逐渐减小。纵波波速和横波波速表现出一定的相关性,随着纵波波速的增大,横波波速也相应增大。由波速计算得到的动态弹性模量、动态剪切模量、动态体积模量及动态拉梅常数随角度变化的规律比较一致,随着角度的增大,这些动态弹性参数逐渐减小。(5)随着围压的增大,各角度试样的纵波波速和横波波速均随之增大,但不同角度试样的波速间的差值有所减小。说明当围压增大以后,砂岩的各向异性逐渐减弱,表现为各向同性。由波速计算得到的动态弹性模量、动态剪切模量及动态体积模量变化的规律比较一致,随着围压的增大,这些动态弹性参数也随之增大。在三轴压缩试验过程中,纵波、横波波速和试样的差应力值有着较好的正相关性,波速的变化一定程度上可以反映试样强度的变化。(6)通过数值模拟得到的单轴抗压强度和三轴抗压强度在垂直和平行层理方向较大,在层理面与轴力方向夹角为30°时,抗压强度最小,与力学试验的结果相一致。
【关键词】：红层砂岩 单轴 三轴 声波 各向异性
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 选题依据及研究意义10
• 1.2 研究现状10-14
• 1.2.1 各向异性岩石的力学性质10-11
• 1.2.2 各向异性岩石的本构模型11-12
• 1.2.3 声波在岩石测试中的应用12-14
• 1.3 研究思路及技术路线14-15
• 1.4 研究方法及内容15-16
• 1.4.1 研究方法15
• 1.4.2 研究内容15-16
• 第二章 红层砂岩特点及赋存环境16-29
• 2.1 赋存环境16-21
• 2.1.1 地理位置16
• 2.1.2 水系16-18
• 2.1.3 气候特征18
• 2.1.4 地质构造18-20
• 2.1.5 水文地质条件20
• 2.1.6 地震20-21
• 2.2 物理性质21-25
• 2.2.1 密度特征21-24
• 2.2.2 含水特征24-25
• 2.3 矿物分析25-26
• 2.4 化学成分26-27
• 2.5 骨架颗粒及胶结特征27-29
• 第三章 红层砂岩力学性质29-52
• 3.1 单轴抗压特性29-35
• 3.1.1 试验设备29
• 3.1.2 试样步骤29-30
• 3.1.3 试验结果30-35
• 3.1.4 小结35
• 3.2 三轴抗压特性35-52
• 3.2.1 试验设备35-36
• 3.2.2 试验步骤36-37
• 3.2.3 试验结果37-50
• 3.2.4 小结50-52
• 第四章 红层砂岩声学特性52-66
• 4.1 单次声波采集测试52-59
• 4.1.1 试验设备52
• 4.1.2 试验步骤52-53
• 4.1.3 试验结果53-58
• 4.1.4 小结58-59
• 4.2 三轴压缩过程中实时声波多次采集试验59-66
• 4.2.1 试验设备59
• 4.2.2 试验步骤59
• 4.2.3 试验结果59-65
• 4.2.4 小结65-66
• 第五章 数值模拟66-72
• 5.1 单轴试验数值模拟66-70
• 5.1.1 软件简介66
• 5.1.2 建模计算66-67
• 5.1.3 结果分析67-70
• 5.2 三轴试验数值模拟70-72
• 第六章 结论与展望72-75
• 6.1 结论72-73
• 6.2 不足及展望73-75
• 参考文献75-78
• 在学期间的研究成果78-79
• 致谢79

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