泥岩遇水崩解軟化機理的研究
㈠ 研究內容與目標
1)軟岩水理性研究,主要從軟岩的吸水性,遇水後發生泥化、軟化和崩解進行系統的試驗研究。根據崩解度及崩解物形態對幾組典型軟岩進行分類。
2)軟岩(軟弱結構面)時效性研究,通過對工程區軟岩(軟弱結構面)長期的直剪流變試驗研究,從流變元件模型出發,利用實際工程邊坡的流變數據,研究軟岩流變模型。採用流變元件模型是為了把復雜的性質用直觀的方法表現出來。因為流變元件模型有助於從概念上認識變形的彈性分量和塑性分量,並且其數學表達式能直接地描述蠕變及其穩定變形,進而用流變元件模型解釋邊坡軟弱岩體的各種特性,同時,確定軟岩(軟弱結構面)流變參數。軟岩的時效變形明顯,是壩區多個開挖邊坡岩體可能沿軟岩帶蠕滑拉裂破壞的潛在因素,因此,軟弱岩帶對邊坡及其未來的穩定性起主要的控製作用。
3)邊坡(含軟岩、軟弱結構面)敏感性研究,主要研究軟岩變形與強度隨時間的變化規律,應用破壞准則探討軟岩內部礦物顆粒間變形破壞機制。
4)軟岩對邊坡的敏感性分析研究,合理而准確的強度參數取值,是邊坡抗滑穩定性評價的重要環節。強度參數具有理想的變異特性,因此有必要通過有限元計算,開展強度參數的敏感性研究。根據邊坡所發育的軟岩飽水攜剪試驗和直剪流變試驗結果計算、分析,並提出合理化的工程建議,研究水庫蓄水後開挖邊坡的長期穩定性問題。
主要是通過軟岩(軟弱結構面)崩解試驗、直剪流變試驗及單軸壓縮流變試驗來研究紫坪鋪樞紐區邊坡內軟岩的崩解特性、流變特性、流變機理。其中,軟岩(軟弱結構面)瞬時變形試驗主要通過攜剪試驗來完成並進行對比研究;時效變形試驗則藉助於直接剪切流變儀所開展的流變試驗研究。完成天然和飽水狀態下的攜剪試驗、崩解試驗、直剪流變試驗、單軸壓縮流變試驗等,期望通過大量的試驗數據分析處理,建立軟岩(軟弱結構面)的時效變形規律和流變本構方程。探討流變機理,求得軟岩長期強度:內聚力C、內摩擦角φ,以及流變參數:剪切模量、彈性模量、黏滯系數。最後選用各種試驗參數結果,運用數值模擬方法,對軟岩發育邊坡進行敏感性分析,來模擬、分析壩區邊坡運營的長期穩定性。
㈡ 中風化泥質砂岩遇水會不會軟化
對 是啊
㈢ 岩石遇水為什麼變軟
一方面部分岩石內部含有易溶於水介質，另外岩石中很多礦物成分在飽和狀態下的單軸強度是會降低的。所以岩石和含水狀態下的強度低於乾燥狀態~
㈣ 崩塌（危岩）
崩塌主要分布在黃土丘陵的梁峁區及深切溝谷兩側，評估區內分布有105處，其中通渭以西分布有74處，通渭以東有31處。按物質組成可分為基岩和黃土崩塌兩類。基岩崩塌集中分布於通渭縣以東的葫蘆河、牛谷河峽谷和張家川縣馬鹿官山溝、清水松樹鄉等深切峽溝兩側，以局部錯落、坍塌、崩落為主，規模較小，體積多小於0.05×104m3。黃土崩塌多分布於黃土梁峁及丘陵區河谷兩側，以整體下落、坍塌為主，常成群出現，崩塌體為黃土（黃土狀土），個別夾雜有少量泥岩和砂質泥岩，數量、規模均較基岩崩塌大，體積大於1.0×104m3的有6處，其餘規模均小（表5-4）。通渭以西發育數量較東部多，均為小型。
崩塌的形成主要與地形、岩性、降水和人類活動有關。在河（溝）峽谷、平原區沖溝兩側和近溝腦地帶水流沖刷強烈，坡度普遍在40°以上，坡面不平整，上陡下緩，是崩塌形成的有利地形。前白堊系基岩中的花崗岩、片麻岩、片岩、板岩和千枚岩以及新近系、古近系泥岩，均屬易風化岩，岩體破碎，構造及裂隙發育，粘土岩遇水時極易軟化和崩解。上覆黃土結構疏鬆，垂直節理發育，多具自重濕陷性，均利於崩塌產生。區內屬半乾旱—半濕潤氣候、降水相對較多，在6～9月間，暴雨頻繁出現，是崩塌高發期，降水是誘發崩塌的主要因素之一。此外，人為取土採石、開挖坡腳已成為局部地區誘發崩塌發生的主導因素。
表5-4 評估區崩塌主要特徵統計表
㈤ 岩石遇水內聚力和內摩擦角的變化，有什麼規律嗎
岩石浸水飽和後強度會發生降低，（內聚力和內摩擦角當然也會相應減小）稱為岩石回的軟化性。岩答石的軟化性取決於岩石的礦物組成和空隙性。當岩石中含有較多的親水性和可溶性礦物，且含大開空隙較多時，岩石的軟化性較強。如粘土岩、泥質膠結的砂岩、礫岩和泥灰岩等岩石，軟化性較強，軟化系數一般在0.4～0.6，甚至更低。軟化系數是岩石的單軸抗壓強度的變化系數，和內聚力、內摩擦角的變化有線性關系。常見岩石的軟化系數如下表：
花崗岩：0.72～0.97
輝綠岩：0.33～0.90
玄武岩：0.3～0.95
砂岩：0.65～0.97
頁岩：0.24～0.74
石灰岩：0.70～0.94
片麻岩：0.75～0.97
千枚岩：0.67～0.96
石英岩：0.94～0.96
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以上引自《岩體力學》，武漢地大99版
㈥ 有請地質專家：有一種岩石，受潮或遇水就軟化為砂，這是什麼岩，有什麼價值
你說的不是岩石，是風化程度極高的風化岩，或是一種砂質土。由於缺乏生物作用，有機養分少，不利於種植。
㈦ 堤防粉砂質泥岩基礎要置於沖刷深度以下嗎
肯定需要挖至1.7m,泥岩遇水易軟化崩塌，不經泡不經沖，容易被淘
㈧ 軟岩的崩解試驗
岩石的崩解性是指岩石試樣經過乾燥和濕潤兩個標准循環之後,抵抗軟化及崩解的能力。質地疏鬆,含親水性黏土礦物的岩石,在水中容易發生崩解脫落現象,據此可獲得岩石在一定條件下的崩解量、崩解度、崩解時間和崩解狀況等耐崩解性指標。
采樣與岩礦鑒定位置相同,便於參照其鑒定結果來分析岩石的崩解機理。崩解試驗主要為靜水崩解(泡水試驗),選取試樣為不規則試樣,試驗過程中選取相同岩性不同工程部位的試樣作為同一組,便於對比,試樣編號及分類基本上與岩礦鑒定一致。試驗前先將凸出的邊棱和松動部分除去,並去掉表面附著物。同時對試樣進行描述,描述內容包括試樣的尺寸大小、結構、構造、裂隙及風化程度等特徵(表4-3),表中僅給出了幾組典型試樣的描述。
表4-2 邊坡岩體物理力學指標建議表
①課題組人員通過攜剪、流變、顆分等試驗(2004,2005)獲得。
(據中國水電顧問集團成都勘測設計研究院,1994,略調整)
一組試驗浸水時間為48h,試驗前將樣烘乾,稱得干質量Wd,試驗過程中著重記錄初崩時間,描述初崩時刻崩解現象,崩解過程中隨時記錄崩解現象(表4-4)。最後獲取未崩解物W1,即可算得試樣本次循環的崩解度S,見式(4-1):
復雜軟岩特性及其高邊坡穩定性研究:以四川岷江紫坪鋪水電站為例
表4-3 崩解試驗前試樣描述
表4-4 崩解試驗全過程的實時記錄
續表
根據需要對不同岩組進行多次循環試驗,浸泡48h為一次試驗循環,每次試樣均採用上次未崩解物來進行。選取依據:被選取為下次循環的試樣大小要不小於原來試樣的3/4。
炭質頁岩與泥化夾層兩個岩組均在第一次循環時已幾乎完全崩解(圖4-1),無滿足要求的未崩解物,因而不需要再進行下一輪的崩解試驗。
圖4-1 炭質頁岩、泥化夾層試樣遇水崩解碎(泥)化現象
㈨ 軟岩崩解機理分析
岩石浸水之後,引起其強度降低的性質稱為水對岩石的「軟化作用」。岩石抵抗水的軟化作用的性能主要取決於岩石中親水性礦物和易溶性礦物的含量以及岩石中孔隙與微裂隙的發育程度。親水性或可溶性礦物的含量愈多,岩石中的孔、裂隙愈發育,岩石愈易軟化、崩解。
通過對泥化夾層岩組X射線粉晶衍射分析測試結果(見表3-2)可知,其成分以黏土礦物為主(含84%～92%),其餘為石英、長石、方解石等,由於伊利石等黏土礦物顆粒較小,親水性很強,當水進入岩石的孔隙、裂隙中時,細小岩粒的吸附水膜便會增厚,引起岩石體積的膨脹。由於這種體脹是不均勻的,使得岩石內產生不均勻的應力,部分膠結物會被稀釋、軟化或溶解,加之大多都含先存裂隙及微裂縫(見表4-3),於是導致岩石顆粒的碎裂解體。如伊利石與水發生物理化學反應引起軟岩膨脹,可使原體積增加50%～60%。
下面從兩個方面來分別研究幾種典型岩組的崩解機理。
1.泥質含量與崩解特性的關系
泥質岩(泥化夾層與炭質頁岩岩組)遇水後,宏觀裂隙的增生擴張和崩解軟化,是同在水的作用下軟岩的物質組成、微結構與微孔隙的變化緊密相關的,崩解軟化是軟岩內部微觀結構和微孔隙的宏觀反映。從圖4-2a可以看出,不同岩組泥質含量對其崩解度的影響,從泥化夾層、炭質頁岩到泥質粉砂岩,其含泥量依次減少,其崩解性也愈來愈差。圖4-2b為所有軟岩與泥質含量的關系曲線,得對數關系式為S=70ln(Wm)-215。炭質頁岩與泥化夾層試樣崩解現象均極為明顯,而且崩解速度很快。由前述知6#剖面,即進水口發育L10層間剪切破碎帶內含泥化夾層、炭質頁岩佔50%以上,遇水極易崩解,嚴重影響進水口邊坡的穩定性,在工程當中應該引起重視。
圖4-2 泥質含量對崩解度的影響曲線
2.循環崩解次數與崩解特性的關系
炭質頁岩與泥化夾層岩組大部分試樣已100%崩解,其崩解物由碎屑、角礫及大小不一的碎塊組成,崩解穩定後取崩解物進行顆粒篩分,篩分試驗結果如圖4-3所示,從圖中看出不同岩性,顆粒大小分配也有明顯的差異,炭質頁岩與泥化夾層試樣曲線類似,得出小於0.5mm粒徑的顆粒含量佔20%～30%,含量較高,即由岩石轉化成土,無法多次循環崩解,只進行一次循環。而泥質粉砂岩顆粒大多大於16mm,粒徑相對較大。顆粒大小的不同,也說明其崩解的差異性。
圖4-3 軟岩崩解物粒度分析曲線圖
圖4-4 循環崩解次數與崩解度的關系曲線
因此對於循環次數與崩解特性的分析,只針對煤和泥質粉砂岩岩組,如圖4-4所示。
從關系曲線圖4-4a中可以看出,煤岩組試樣在經過第二次循環崩解以後,崩解度均為降低的趨勢,第3次崩解後,除2#與5#試樣有明顯增加外,其餘試樣仍為遞減。2#與5#試樣由於前兩次在重復試驗中未崩解,而在第3次試驗時達到崩解狀態,說明煤在反復的乾燥與潮濕的環境條件下,也會發生不同程度的崩解。
第一次將1#-2泡水,崩解現象不明顯,有少量碎屑脫落,沉於水底;第2次泡水,表面裂隙有所擴大,崩解不明顯,有少量岩屑脫落沉於水底;第三次泡水,試樣表面吸附有氣泡,較少量崩解。整個試驗過程,試樣即使在反復干濕循環條件下,也無大量崩解,說明其崩解性很差。
由鏡下鑒定分析結果得知,2#-2岩性為含泥煤,岩石緻密未見裂隙,煤質組分形成過程中有陸源雲母碎片的沉積,有陸源物質、粉砂的混入。但實際上其遇水之後崩解性很差,說明其膠結性很好,而對於有機質膠結的軟弱岩土,由於有機質的憎水性,故不易崩解。
鏡下鑒定5#-2為含雲泥粉砂質泥岩變形紋層狀含炭質泥頁岩,含泥80%,粉砂15%,炭屑及有機質5%,在被反復干濕循環後,再次遇水,崩解明顯。即開始泡水時,表層先存裂隙,有所擴大,但並未達到崩解,在多次循環後,裂隙擴大,內部夾泥較多,遇水後產生泥化,崩解明顯,從崩解現象也可以看出,在第三次循環過程中,水表層覆蓋有泥膜,水色混濁,為損失量,也為崩解物的一部分。
從圖4-4b可以看出,泥質粉砂岩岩組試樣在經過3次循環崩解以後,崩解度均有降低的趨勢,即隨崩解次數的增多,崩解度無明顯反彈現象,說明已崩解完全。由試驗過程描述可知,試樣在初崩時刻現象不明顯,崩解是慢慢進行的,從開始冒氣泡到微裂紋繼續擴展。隨著在靜水中浸泡時間的增加,導致微裂紋繼續增大,隨後可見有岩屑、煤屑崩解,混入水中,大多懸浮停於試樣表面,還可見有小的岩塊脫離試樣表面,沉於水底。第二次循環崩解試樣為第一次的未崩解物,有較少裂隙存在,整體較完整,因此崩解現象不明顯,到第三次時所取的未崩解物,幾乎完整,不存在較明顯的裂隙,因此試驗過程幾乎無崩解,從而也得出結論為泥質粉砂岩崩解性差。
鏡下鑒定3#-3為條帶狀粉砂質泥岩,6#-3為粉砂質泥質岩,含泥較多,但經過3次循環崩解後崩解度急劇下降,說明在試樣表層含泥在第一次崩解過程中已泥化,內部為泥質粉砂岩,含泥較少,已很難崩解。
3.軟岩崩解試驗成果分析
根據崩解試驗的現象、崩解物形態將該區軟岩的浸水崩解破壞形式進行以下分類。
A類:泥糊狀破壞,完全崩解,崩解時間短,崩解現象非常明顯(一般含泥較重)。
B類:碎屑狀破壞,其碎屑直徑1～5mm;崩解現象較明顯。
C類:角礫狀破壞,角礫直徑5～10mm;崩解現象存在,少量崩解物。
D類:碎塊狀破壞,碎塊直徑大於10mm;崩解不明顯,有極少量崩解物。
E類:浸水穩定,不破壞;隨時間增加,崩解仍穩定,幾乎無崩解性。
根據顆粒篩分結果及上述分類依據,各軟岩岩組具體分類及崩解度范圍見表4-5。從表中可以看出,炭質頁岩與泥化夾層極易崩解,屬於A類,遇水易產生崩解,破壞後含水量會顯著增大,其吸水率可以超過液限,原岩強度完全喪失,屬遇水極不穩定的岩石。泥質粉砂岩與煤崩解性較差,屬於B、C、D類,屬遇水較不穩定岩石,無E類。
表4-5 軟岩崩解試驗成果表
續表
通過試驗分析,樞紐區內發育的幾種典型軟岩,均屬於遇水不穩定岩石。在崩解過程中,化學性質沒有變化,只是強度迅速降低,表面上與岩石的風化相似,但變化過程短暫。時間越長,崩解越徹底,且經過有限的時間後,呈穩定狀態。在工程施工中除注意防止其失穩外,在支護工作方面要予以特別加強。
㈩ 軟岩的水理特性分析
通過吸水率測試,最後統計得軟岩岩組吸水率值見表4-6。除泥質粉砂岩試樣在1.5%～6%之間相對回較低外,其他幾組吸答水率指標很高,在10%～20%之間,說明軟岩極易吸水的特性。
表4-6 軟岩主要物理水理特性參數測試成果
注:軟岩極易吸水,遇水後發生泥化、軟化和崩解,岩石抵抗水的軟化作用的性能主要取決於岩石中親水性礦物和易溶性礦物的含量,以及岩石中孔隙與微裂隙的發育程度。
崩解試驗研究表明:軟岩中泥質含量對其崩解特性的影響很大,崩解度與泥質含量關系為:S=70ln(Wm)-215。根據崩解度及崩解物形態,樞紐區軟岩可分為五類:炭質頁岩與泥化夾層為A類,遇水極易崩解,破壞後含水量會顯著增大,原岩強度完全喪失,屬遇水極不穩定的岩石;泥質粉砂岩與煤屬於B、C、D類,崩解性較差,屬遇水較不穩定岩石。通過崩解試驗分析,研究區內發育的幾種典型軟岩,均屬於遇水不穩定岩石。