軟巖飽水試驗(yàn)與軟化臨界現(xiàn)象研究

《軟巖飽水試驗(yàn)與軟化臨界現(xiàn)象研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、http://www.paper.edu.cn1軟巖飽水試驗(yàn)與軟化臨界現(xiàn)象研究朱鳳賢，周翠英中山大學(xué)工學(xué)院巖土工程與信息技術(shù)研究中心，廣州(510275）摘要：針對(duì)華南地區(qū)廣為分布的“紅層”遇水軟化問(wèn)題，選擇粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等典型軟巖為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)軟巖軟化的飽水試驗(yàn)，開(kāi)展軟巖在不同飽水狀態(tài)下結(jié)構(gòu)、成分測(cè)試和物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明：軟巖飽水過(guò)程中物理、力學(xué)性質(zhì)與水溶液濃度的變化均滿足前3個(gè)月內(nèi)變化幅度較大，3個(gè)月后逐漸趨于平緩，6個(gè)月后開(kāi)始趨于穩(wěn)定；其微觀結(jié)構(gòu)的響應(yīng)變化滿足：1個(gè)月時(shí)基于保持原貌，到3個(gè)月時(shí)顆粒局部連接改變，微結(jié)構(gòu)未發(fā)生很大變化，6個(gè)月之后微結(jié)構(gòu)類(lèi)型

2、完全改變。在此基礎(chǔ)上，采用“自組織臨界性”理論深入分析了軟化試驗(yàn)中的臨界現(xiàn)象，得出3個(gè)月和6個(gè)月是所研究軟巖軟化過(guò)程中兩個(gè)重要的臨界時(shí)間點(diǎn)，在3~6個(gè)月期間軟巖微觀結(jié)構(gòu)正處于一種自發(fā)的調(diào)整而趨于有序階段，呈現(xiàn)出自組織臨界性的特征。最后從系統(tǒng)演化的角度，探討了飽水軟巖系統(tǒng)中一種具有一定穩(wěn)定性的非平衡自組織有序結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生過(guò)程，給出軟巖與水作用下工程特性變異達(dá)到穩(wěn)定的臨界時(shí)刻。關(guān)鍵詞：軟巖；飽水試驗(yàn)；軟化；臨界現(xiàn)象；自組織臨界性中圖分類(lèi)號(hào)：TU45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1.引言華南地區(qū)廣為分布的“紅層”是一種性質(zhì)特殊的軟弱巖體：在天然狀態(tài)下較為完整、堅(jiān)硬，力學(xué)性能良好，但遇水后短時(shí)間內(nèi)迅

3、速膨脹、崩解和軟化，從而造成巖體的力學(xué)損傷，并導(dǎo)[1]致其力學(xué)性質(zhì)快速大幅度降低，它是造成重大工程變形破壞或安全隱患的關(guān)鍵之所在。研[2,3]究業(yè)已證明：水-巖之間復(fù)雜的化學(xué)與力學(xué)耦合作用機(jī)制是軟巖軟化的主要原因，可以說(shuō)軟巖軟化過(guò)程是水-巖相互作用、相互約束及相互反饋的非線性動(dòng)力學(xué)演化過(guò)程，正是由于該演化過(guò)程的復(fù)雜性，目前對(duì)于軟巖軟化機(jī)制的研究主要是集中于對(duì)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行規(guī)律[4-9]的總結(jié)與數(shù)據(jù)的擬合，從系統(tǒng)演化的角度更深入地分析軟巖軟化的動(dòng)力學(xué)機(jī)制顯得十分匱乏。而在研究復(fù)雜系統(tǒng)演化方面，“自組織臨界性”是迄今為止唯一可以解釋復(fù)雜性如何產(chǎn)[10,11]生的一般機(jī)制的理論概念，該理

4、論是由巴克、湯超和維森費(fèi)爾頓于1987年提出的概念，用以解釋廣延耗散動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的行為特征，這種耗散動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的大量組元間存在的作用，使系統(tǒng)自然地朝臨界狀態(tài)演化?？紤]到軟巖軟化過(guò)程中所表現(xiàn)出極強(qiáng)的非線性特征，“自組[12]織臨界性”理論恰好可以作為解釋軟巖飽水軟化現(xiàn)象的一條很好的途徑。基于此，本文針對(duì)華南地區(qū)幾種典型軟巖設(shè)計(jì)了系列軟巖與水相互作用試驗(yàn)，采用“自組織臨界性”理論深入分析了軟化試驗(yàn)中的臨界現(xiàn)象，探討了軟巖軟化的非線性演化過(guò)程，旨在為進(jìn)一步開(kāi)展軟巖軟化復(fù)雜動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)研究奠定基礎(chǔ)。2.軟巖飽水軟化試驗(yàn)設(shè)計(jì)1基金項(xiàng)目，國(guó)家863高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（2007AA11Z112）、國(guó)家

5、自然科學(xué)基金（40672194）、高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)基金（20060558060）、廣東省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（06104932）-1-http://www.paper.edu.cn1．軟巖飽水作用時(shí)間天然狀態(tài)一個(gè)月三個(gè)月六個(gè)月一年2．軟巖成分、結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律研究水樣軟巖化學(xué)成分PH值物理性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)陰離子成分陽(yáng)離子成分物理指標(biāo)礦物成分結(jié)構(gòu)X容重含水量巖石薄片掃描電鏡能譜分析抗壓試驗(yàn)抗拉試驗(yàn)抗剪試驗(yàn)三軸試驗(yàn)射線衍射圖1試驗(yàn)設(shè)計(jì)流程圖Fig.1Flowingchartoftestdesign本試驗(yàn)主要是為取得各類(lèi)型軟巖飽水后所發(fā)生的物理、化學(xué)作用對(duì)其結(jié)構(gòu)、成分和物理力學(xué)性

6、質(zhì)的影響及其變化規(guī)律，探討軟巖與水相互作用的軟化機(jī)制而設(shè)計(jì)的。試驗(yàn)設(shè)計(jì)流程如圖1所示。試驗(yàn)選定華南地區(qū)廣為分布的粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等典型軟巖為研究對(duì)象，試驗(yàn)中各類(lèi)軟巖均取自東莞虎門(mén)港麻涌新沙南作業(yè)區(qū)2#、3#泊位工程，水樣則取自東江流域在工程沿線的相應(yīng)河段。本試驗(yàn)首先設(shè)計(jì)了軟巖在靜水狀態(tài)下的飽水試驗(yàn)，包括以下幾種狀態(tài)：⑴天然狀態(tài)；⑵飽水一個(gè)月；⑶飽水三個(gè)月；⑷飽水六個(gè)月；⑸飽水一年。在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了軟巖在不同飽水狀態(tài)下結(jié)構(gòu)、成分測(cè)試和物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)研究，包括：不同飽水時(shí)間下軟巖的礦物成份、化學(xué)成份、微觀結(jié)構(gòu)測(cè)試、物理性質(zhì)試驗(yàn)（包括：容重、含水量試驗(yàn)等）、力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)（包括：軟巖

7、的軟化系數(shù)、變形參數(shù)、單軸抗壓和抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、三軸試驗(yàn)條件下的變形和強(qiáng)度參數(shù)試驗(yàn)等）以及水溶液測(cè)試等工作。3.軟巖飽水軟化試驗(yàn)中的臨界現(xiàn)象3.1軟巖物理性質(zhì)變化規(guī)律與臨界現(xiàn)象為了探明軟巖軟化過(guò)程中的物理性質(zhì)變化規(guī)律，我們對(duì)各軟巖的不同飽水時(shí)間進(jìn)行了含水量和容重試驗(yàn)研究，結(jié)果如圖2所示。-2-http://www.paper.edu.cn圖2軟巖不同飽水時(shí)間含水量、容重變化曲線圖Fig.2Variationcurvesofwatercontentand