取样卸荷对膨胀性泥岩强度与变形特性影响的试验研究
发布时间：2019-11-27 06:58
【摘要】：泥岩强度和变形参数是工程设计与施工控制的重要指标。为研究卸荷作用和水岩作用对膨胀性泥岩强度和变形特性的影响程度,选取南宁盆地典型膨胀性泥岩为研究对象,进行了加卸荷剪切试验和无荷膨胀率试验,在此基础上,分析了卸荷泥岩强度变化规律,探讨了水岩作用对卸荷泥岩变形特性的影响程度。试验结果表明,卸荷作用引起泥岩强度降低,压缩性增大,相比于加载条件,卸荷状态下泥岩的黏聚力明显较高,而内摩擦角则相对较小。引入卸荷比和强度损失率分析了卸荷泥岩的强度变化规律,卸荷泥岩强度损失率随卸荷比增加而增大,当卸荷比为0.7~0.8时,泥岩强度损失率最大。相对于卸荷作用,水岩作用对泥岩变形特性的影响较大,对样品的损伤约占30%~65%。研究结果表明获取试样力学参数中不能忽略取样过程对泥岩强度和变形特性的影响。
【图文】：
［15］对砂质泥岩进行了三轴加、卸载试验，研究了泥岩加、卸荷抗压强度取值问题，提出半对数数据分析法确定软岩强度。以上研究主要对卸荷硬岩力学特性和变形规律进行研究，但对浅部工程卸荷泥岩的力学性质与变形特性的研究并不多见，尤其是对卸荷膨胀性泥岩的研究涉及较少。因此，开展水岩耦合作用下卸荷泥岩力学行为与变形特性的研究有重要意义。本文针对南宁盆地灰色膨胀性泥岩，经室内模拟取样过程，开展加、卸荷剪切试验和无荷膨胀率试验，研究水岩作用下卸荷泥岩的强度和变形特性及其变化规律。1试验方案及试验条件图1泥岩试样Fig.1Samplesofmudstone1.1试验准备试样取自南宁某建筑基坑，取样深度为8～15m，在基坑处采用人工开挖法取样。采用保鲜膜包裹试样，装于充填纸屑和海绵的泡沫箱中运输，利用钢丝锯和切土刀切取试样，降低对泥岩的扰动。拟进行加、卸载的直接剪切试验和无荷膨胀率试验。加、卸载直接剪切试验采用ZJ型应变控制式直剪仪，采取快剪试验方法，依据《土工试验方法标准》(GB/T50123—1999)(以下简称《标准》)，剪切速率采用0.8mm/min，无荷膨胀率试验采用固结仪。试样按照《标准》加工成直径61.8mm，高20mm的土饼样品，泥岩样品如图1所示。1.2试验方案(1)加载试验。法向应力分别为100，200，300，400kPa作用下进行快剪试验，获得加载状态下的τ-σ曲线和抗剪强度指标。(2)卸载试验。首先对泥岩试样分别在不同垂直荷载(100，200，300，400kPa)作用下进行固结试验，然后逐级卸载，待每级卸载稳定后进行剪切试验，，获得卸载状态下的τ＇-σ＇曲线和抗剪强度指标。卸载试验具体情况见表1。表1卸载试验情况Tab.1Testconditionsofunloading荷载作用方式样号(个数)竖向荷载P1/kPaP2/kPa固结稳定标准
第5期马福荣，等:取样卸荷对膨胀性泥岩强度与变形特性影响的试验研究2应力路径与强度2.1取样卸荷的应力状态分析天然状态岩土体是三相受力体，取样卸荷过程中，深处土体应力随上覆土层的卸除而产生变化，并发生重分布。钻孔底部下某深度处土体单元A点的受力过程如图2所示，应力重分布过程如图3所示。应力重分布过程即是泥岩内部能量释放过程，这一过程致泥岩内部裂隙增大，结构受损，从而降低了泥岩样品的强度。图2钻探过程中A点受力状态Fig.2StressphaseindrillingofpointA图3A点卸荷过程的应力摩尔圆Fig.3Mohr'scirclesinunloadingstressprocess图4超固结土固结不排水剪试验中的应力路径Fig.4Stressparthforaconsolidated-undrainedtriaxialtestonoverconsolidatedsoil2.2应力路径与强度分析南宁盆地泥岩具有较强的超固结性［16］，前期固结压力远高于第四系硬土，在一定程度上影响着泥岩强度。图4为超固结状态下的三轴固结不排水剪切试验的应力路径，图中p=(σ1+σ3)/2，q=(σ1－σ3)/2，σ1，σ3分别为大小主应力，p，q为总应力，p'，q'为有效应力。图中A表示天然原位状态即K0状态，B表示取样卸荷后的状态，C表示对试样进行等向固结后的状态。AF为原状土的总应力路径，ABD为卸荷样品的总应力路径，ABCE为等向固结样品的总应力路径。BD'，CE'，AF'为有效应力路径。卸荷样品强度(D点)和等向固结样品强度(E点)远小于原状土强度(F点)。由应力路径分析可知卸荷对试样的初始影响不可忽略，必须考虑卸荷对泥岩强度及变形的影响。室内试验用样为卸荷样品，试验参数值过低，常常无法被工程所利用的现象时有发生。图5卸荷直接剪切应力路径Fig.5Stressparthforunloadingdirectsheartest3卸荷泥岩的强度变化
本文编号：2566512
【图文】：
［15］对砂质泥岩进行了三轴加、卸载试验，研究了泥岩加、卸荷抗压强度取值问题，提出半对数数据分析法确定软岩强度。以上研究主要对卸荷硬岩力学特性和变形规律进行研究，但对浅部工程卸荷泥岩的力学性质与变形特性的研究并不多见，尤其是对卸荷膨胀性泥岩的研究涉及较少。因此，开展水岩耦合作用下卸荷泥岩力学行为与变形特性的研究有重要意义。本文针对南宁盆地灰色膨胀性泥岩，经室内模拟取样过程，开展加、卸荷剪切试验和无荷膨胀率试验，研究水岩作用下卸荷泥岩的强度和变形特性及其变化规律。1试验方案及试验条件图1泥岩试样Fig.1Samplesofmudstone1.1试验准备试样取自南宁某建筑基坑，取样深度为8～15m，在基坑处采用人工开挖法取样。采用保鲜膜包裹试样，装于充填纸屑和海绵的泡沫箱中运输，利用钢丝锯和切土刀切取试样，降低对泥岩的扰动。拟进行加、卸载的直接剪切试验和无荷膨胀率试验。加、卸载直接剪切试验采用ZJ型应变控制式直剪仪，采取快剪试验方法，依据《土工试验方法标准》(GB/T50123—1999)(以下简称《标准》)，剪切速率采用0.8mm/min，无荷膨胀率试验采用固结仪。试样按照《标准》加工成直径61.8mm，高20mm的土饼样品，泥岩样品如图1所示。1.2试验方案(1)加载试验。法向应力分别为100，200，300，400kPa作用下进行快剪试验，获得加载状态下的τ-σ曲线和抗剪强度指标。(2)卸载试验。首先对泥岩试样分别在不同垂直荷载(100，200，300，400kPa)作用下进行固结试验，然后逐级卸载，待每级卸载稳定后进行剪切试验，，获得卸载状态下的τ＇-σ＇曲线和抗剪强度指标。卸载试验具体情况见表1。表1卸载试验情况Tab.1Testconditionsofunloading荷载作用方式样号(个数)竖向荷载P1/kPaP2/kPa固结稳定标准
第5期马福荣，等:取样卸荷对膨胀性泥岩强度与变形特性影响的试验研究2应力路径与强度2.1取样卸荷的应力状态分析天然状态岩土体是三相受力体，取样卸荷过程中，深处土体应力随上覆土层的卸除而产生变化，并发生重分布。钻孔底部下某深度处土体单元A点的受力过程如图2所示，应力重分布过程如图3所示。应力重分布过程即是泥岩内部能量释放过程，这一过程致泥岩内部裂隙增大，结构受损，从而降低了泥岩样品的强度。图2钻探过程中A点受力状态Fig.2StressphaseindrillingofpointA图3A点卸荷过程的应力摩尔圆Fig.3Mohr'scirclesinunloadingstressprocess图4超固结土固结不排水剪试验中的应力路径Fig.4Stressparthforaconsolidated-undrainedtriaxialtestonoverconsolidatedsoil2.2应力路径与强度分析南宁盆地泥岩具有较强的超固结性［16］，前期固结压力远高于第四系硬土，在一定程度上影响着泥岩强度。图4为超固结状态下的三轴固结不排水剪切试验的应力路径，图中p=(σ1+σ3)/2，q=(σ1－σ3)/2，σ1，σ3分别为大小主应力，p，q为总应力，p'，q'为有效应力。图中A表示天然原位状态即K0状态，B表示取样卸荷后的状态，C表示对试样进行等向固结后的状态。AF为原状土的总应力路径，ABD为卸荷样品的总应力路径，ABCE为等向固结样品的总应力路径。BD'，CE'，AF'为有效应力路径。卸荷样品强度(D点)和等向固结样品强度(E点)远小于原状土强度(F点)。由应力路径分析可知卸荷对试样的初始影响不可忽略，必须考虑卸荷对泥岩强度及变形的影响。室内试验用样为卸荷样品，试验参数值过低，常常无法被工程所利用的现象时有发生。图5卸荷直接剪切应力路径Fig.5Stressparthforunloadingdirectsheartest3卸荷泥岩的强度变化
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