红砂岩强度特性的微结构试验研究
211128081_湖南省“红层”边坡失稳地质灾害分析探讨
价值工程0引言湖南省范围内分布丰富的晚白垩系及早第三系陆相沉积泥质粉砂岩、泥岩等地层，因岩石为红色、褐红色等，工程领域将其统称作红层。
由于其是在干燥炎热等特殊条件下形成的，又经过强烈风化及氧化作用，具有特殊的工程特性，是岩石地层较为典型的易滑地层，在暴雨等外界条件影响下极易引发的滑坡灾害。
因此，深入研究建设场地边坡红层的边坡稳定性问题及时采取针对性强的各种防治措施，可达到防灾、减灾和治灾的目的。
1红层边坡稳定性影响因素分析与研究红层地区边坡失稳的影响因素比较复杂。
分内因和外在两个方面，内因包括红层地区边坡的地形地貌、地质构造、地层岩性、岩体结构及特征等，其影响是持久且缓慢的，也是边坡失稳破坏的主要条件，它们直接决定了边坡破坏的类型和规模；外因包括工程建设对自然边坡的破坏、暴雨引起的地下水位改变、岩层风化等，它们对边坡的变形破坏影响强烈而迅速。
外因也是通过内因影响边坡稳定的，或推动着边坡失稳的发生与发展。
1.1红层地区边坡稳定内在因素的研究1.1.1地层岩性、岩层产状边坡岩体地层岩性特征对边坡稳定性的影响非常重要，不同岩石因所含矿物成分不同会呈现出截然不同的变形破坏方式。
因岩石组成矿物成分不同，其物理特性和力学强度等特征不同。
含粘土矿物较多的泥岩、泥质粉砂岩等，易风化，且在遇水后易膨胀、崩解，水稳性很差，而由硅质、铁质胶结的砂岩强度较高，水稳性较好。
不同岩性组合也是影响边坡稳定性的重要因素。
在红层地区的边坡岩体上，最常见以下几种岩性组合类型：①巨厚层砂岩边坡；该类边坡较稳定。
②上部巨厚层砂岩，底部为泥质岩石、砂岩互层的边坡；该类边坡底部泥质岩石易风化形成软弱结构面，可造成崩塌和顺层滑坡。
③以泥岩为主，夹有砂岩、粉砂岩的边坡。
该类边坡易风化，易形成崩塌和圆弧滑坡。
④强风化砂岩、泥岩或粉砂岩、泥质粉砂岩软弱互层的红层岩质边坡，易发生沿软弱结构面的滑坡。
⑤上部为较厚的黏土层，下部为泥岩、泥质粉砂岩等软岩的边坡。
注浆对岩体节理面加固作用的试验研究
第４２卷第２期煤 炭 科 技Ｖｏｌ ４２ Ｎｏ ２ ２０２１年４月ＣＯＡＬＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＭＡＧＡＺＩＮＥＡｐｒ． ２０２１ 收稿日期：２０２０－１１－０６； ＤＯＩ：１０．１９８９６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｍｔｋｊ．２０２１．０２．０２４作者简介：樊 智（１９８４—），男，山西长治人，工程师，２００９年毕业于武汉科技大学机械工程及自动化专业，现从事采矿工程研究工作。
引用格式：樊智．注浆对岩体节理面加固作用的试验研究［Ｊ］．煤炭科技，２０２１，４２（２）：１２９ １３４．ＦＡＮＺｈｉ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｇｒｏｕｔｉｎｇｏｎｔｈｅｊｏｉｎｔｓｕｒｆａｃｅｏｆｒｏｃｋｍａｓｓ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＭａｇａｚｉｎｅ，２０２１，４２（２）：１２９ １３４．文章编号：１００８－３７３１（２０２１）０２－０１２９－０６注浆对岩体节理面加固作用的试验研究樊 智（潞安集团潞宁煤业有限责任公司，山西忻州 ０３６７００）摘 要：为了确定裂隙注浆后对围岩理化性质的影响，通过现场采样，制作了５个红砂岩尺寸相同试件，在试件进行模拟注浆，借助激光扫描仪对试件在不同配比注浆材料和保养天数后，注浆材料对注浆岩体的节理面影响。
结果表明：随水灰比的增大，红砂岩试件的最大剪切应力呈不断减小的趋势，且养护天数越长剪切应力越大，水泥—岩体的黏聚力先增大后减小，而内摩擦角先减小后增大；对试件施加的法向应力越大剪切应力越大，相同法向应力下添加减水剂的水泥—岩体大于未添加减水剂的最大剪切应力；节理面注浆宽度越大，红砂岩试件的最大剪切应力越大，且随水泥水灰比的增大试件的最大剪切应力逐渐减小；随结构面粗糙度的增大，剪切应力呈不断上升的趋势。
关键词：注浆；节理裂隙；黏结特性；粗糙度中图分类号：ＴＤ３５３ 文献标志码：ＡＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｇｒｏｕｔｉｎｇｏｎｔｈｅｊｏｉｎｔｓｕｒｆａｃｅｏｆｒｏｃｋｍａｓｓＦＡＮＺｈｉ（ＬｕｎｉｎｇＣｏａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｕ′ａｎＧｒｏｕｐ，Ｘｉｎｚｈｏｕ ０３６７００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｇｒｏｕｔｉｎｇｏｎｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋ，ｆｉｖｅｒｅｄｓａｎｄｓｔｏｎｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｏｆｔｈｅｓａｍｅｓｉｚｅｗｅｒｅｐｒｏｄｕｃｅｄｔｈｒｏｕｇｈｏｎ ｓｉｔｅｓａｍｐｌｉｎｇ．Ｓｉｍｕｌａｔｅｄｇｒｏｕｔｉｎｇｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｏｎｔｈｅｓｐｅｃｉ ｍｅｎｓ，ａｎｄｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｗｅｒｅｇｒｏｕｔｅｄｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓｗｉｔｈｔｈｅａｉｄｏｆａｌａｓｅｒｓｃａｎｎｅｒ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｄａｙｓ，ｔｈｅｇｒｏｕｔｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌａｆｆｅｃｔｅｄｔｈｅｊｏｉｎｔｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｇｒｏｕｔｅｄｒｏｃｋｍａｓｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｗａｔｅｒ ｃｅｍｅｎｔｒａｔｉｏ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｒｅｄｓａｎｄｓｔｏｎｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｗａｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ，ａｎｄｔｈｅｌｏｎｇｅｒｔｈｅｃｕｒｉｎｇｔｉｍｅ，ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓ，ａｎｄｔｈｅｃｅｍｅｎｔ ｒｏｃｋｃｏｈｅｓｉｖｅｆｏｒｃｅｆｉｒｓｔｉｎｃｒｅａｓｅｄａｎｄｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｇｌｅｆｉｒｓｔｄｅｃｒｅａｓｅｄａｎｄｔｈｅｎｉｎｃｒｅａｓｅｄ；ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｎｏｒｍａｌｓｔｒｅｓｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎ，ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓ，ａｎｄｔｈｅｃｅｍｅｎｔ ｒｏｃｋｍａｓｓｗｉｔｈｗａｔｅｒ ｒｅｄｕｃｉｎｇａｇｅｎｔａｄｄｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｎｏｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｗａｓｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈａｔｗｉｔｈｏｕｔｗａｔｅｒ ｒｅｄｕｃｉｎｇａｇｅｎｔ，Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎ；ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｇｒｏｕｔｉｎｇｗｉｄｔｈｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔｓｕｒｆａｃｅ，ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｒｅｄｓａｎｄｓｔｏｎｅｓｐｅｃｉｍｅｎ，ａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｇｒａｄｕａｌｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｃｅｍｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｃｅｍｅｎｔｒａｔｉｏ；ｗｉｔｈｔｈｅｒｏｕｇｈ ｎｅｓｓｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｕｒｆａｃｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｄｅｇｒｅｅ，ｔｈｅｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓｈａｄａｒｉｓｉｎｇｔｒｅｎｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒｏｕｔｉｎｇ；ｊｏｉｎｔｃｒａｃｋｓ；ｂｏｎｄｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｒｏｕｇｈｎｅｓｓＣＬＣｎｕｍｂｅｒ：ＴＤ３５３ Ｄｏｃｕｍｅｎｔｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ：Ａ 裂隙岩体节理面注浆能够增强界面的黏结强度，从而提高节理岩体的抗剪强度，进而有效控制巷道的失稳变形［１ ２］。
富水全、强风化砂岩强度特性试验及本构关系探讨
富水全、强风化砂岩强度特性试验及本构关系探讨邹翀;雷胜友;岳喜军;宋妍;高攀【摘要】According to the feature of sandstone weathered and absorbed water heavily, the authors analyzed the physical and mechanical properties and chemical composition of the sandstone experimentally, then studied influence of blasting disturbance, water content, sample bedding on stress-strain strength characteristics through uniaxial and triaxial compression tests, and found that the sandstone would become weak in the strength when it absorbed water, and its cohesion decreased and showed significant anisotropy while friction angle was not changed.After the sandstone underwent blasting, its uniaxial compressive resistance and elastic modulus decreased, and Poisson ratio increased. As the sandstone has obvious bedding properties, the strengths of sample obtained from two different loading directions are different obviously. Based on the stress-strain curves from the triaxial tests, the anthors found the stress-strain curves could be described well by the modified Duncan-Zhang model.%针对富水全、强风化砂岩的特点,进行了该砂岩的基本物理力学性质、化学成分实验,然后通过单轴、三轴压缩实验研究了爆破扰动、含水量、试样层理对砂岩应力-应变强度特性的影响.发现砂岩遇水软化,粘聚力大幅度降低,表现出显著的各向异性;爆破扰动后,岩石试样的单轴抗压强度减低,弹模减小,泊松比增大;由于砂岩具有明显的节理性,按两种方向加载所得到的岩石试样强度明显不同;根据实验所得应力-应变曲线特点,发现用修正的Duncan-Zhang模型可以很好地描述砂岩的前应力-应变曲线.【期刊名称】《中国工程科学》【年(卷),期】2011(013)001【总页数】7页(P74-80)【关键词】砂岩;含水量;强度;爆破扰动;节理;本构关系【作者】邹翀;雷胜友;岳喜军;宋妍;高攀【作者单位】中铁隧道集团有限公司技术中心,河南洛阳,471009;长安大学公路学院,西安,710064;长安大学公路学院,西安,710064;中铁隧道集团有限公司技术中心,河南洛阳,471009;中铁隧道集团有限公司技术中心,河南洛阳,471009【正文语种】中文【中图分类】TU425某新建铁路隧道围岩属强风化砂岩，隧道岩层产状310°∠3°～280°∠7°，岩层主要发育三组节理:①103 °∠78 °张节理，节理间距为0.5 ～0.6 m，裂隙宽度为1.5～2.0 mm，充填泥质，延长2～3 m;②153 °∠80 °张节理，节理间距为 0.4 ～0.5 m，裂隙宽度为1.5 ～2.0 mm，充填泥质，延长 4～5 m;③250°∠66 °张节理，节理间距为 0.7～0.8 m，裂隙宽度为0.8～1.0 mm，充填泥质，延长5～8 m。
红砂岩巴西劈裂强度和极限应变的尺寸效应
红砂岩巴西劈裂强度和极限应变的尺寸效应作者：李颖王贾博来源：《科技资讯》2017年第27期摘要：为研究红砂岩中巴西劈裂强度和破坏极限应变的尺寸效应，试验采用了直径50mm，高度分别为20、25、30、35、40、45、50mm等7组不同厚度的红砂岩圆盘试件进行巴西劈裂试验，同时在试件圆盘中央黏贴应变片监测试件加载直至破坏过程中的横向应变、纵向应变。
试验发现，不同厚度下的红砂岩试件所得巴西劈裂抗拉强度不同，试验回归分析了红砂岩中巴西劈裂抗拉强度与厚度的关系，在20～30mm厚度范围内，劈拉强度随厚度的增加而增大，在30～50mm范围内，劈拉强度随厚度增加而无明显变化。
关键词：红砂岩尺寸效应巴西劈裂极限应变中图分类号：TU458+.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）09（c）-0233-02抗拉强度是岩石重要的力学指标之一，其主要试验方法有直接拉伸法和巴西圆盘劈裂法。
直接拉伸法一般需要用环氧树脂胶将标准圆柱体试件固定在试验机两端[1]，由于对中困难不易，数据离散性大，在实践中已较少采用，而巴西圆盘劈裂试验通过对圆盘试件施加荷载间接得到水平侧向拉应力，简单方便，在实际测试中使用较多。
尽管如此，巴西劈裂试验仍然存在两点主要缺陷：一是集中力作用下加载导致圆盘上下端点处应力集中过大可能导致的局部破坏，二是不同厚度试件高径比的测试结果具有显著的尺寸效应。
国家标准《工程岩体试验方法标准》和行业标准《水利水电工程岩石试验规程》中规定，试件厚度宜为直径的0.5～1.0倍，即25～50mm，但此范围较大，不同厚度试件得出的试验结果不尽相同，不同类型岩石的尺寸效应也不尽相同，有必要对巴西劈裂强度的尺寸效应进行进一步的探索[2]。
本文采用7组不同厚度的红砂岩圆盘试件对研究厚度对巴西劈裂抗拉强度（以下简称劈拉强度）的影响进行了试验探索，试验对7组（20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm）厚度进行巴西劈裂试验，每组5～7块试样不等，分析了劈拉强度随厚度的关系。
红砂岩
红砂岩江西红砂岩英文名：Red Sandstone红砂岩在有些地方也称之为红石红，主要集中南部省区，比如江西赣南的兴国县华坪村就分布了大量的优质红砂岩。
在砂岩的基本特性南部省区广泛存在的泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩及页岩等沉积岩类的岩石，因含有丰富的氧化物呈红色、深红色或褐色，这类岩石统称为红砂岩。
红砂岩主要呈粒状碎屑结构和泥状胶结结构两种典型结构形式，因胶结物质和风化程度的差异，其强度的变化大。
多数红砂岩在挖掘或爆破出来后，受大气环境的作用可崩解破碎，甚至泥化，故其岩块的大小及颗粒级配将随干湿循环的时间过程而变化，其物理力学性质也将产生变化。
1、红砂岩分类红砂岩按强度和崩解特性划分为如下三种类型：（1）一类红砂岩，岩块天然单轴抗压强度小于15Mpa，在105℃温度下烘干后浸水24小时内，呈现渣状、泥状或粒状崩解；（2）二类红砂岩，岩块天然单轴抗压强度小于15Mpa或稍大于15Mpa，在105℃温度下烘干后浸水24小时内，呈块状崩解；（3）三类红砂岩，岩块天然单轴抗压强度大于15Mpa，不崩解特性与普通砂岩无区别。
赣南的兴国县在很早的时候就开始开采红砂岩，主要应用于建筑方面。
而如今不但在建筑方面有一定的应用，在装饰中也起着举足轻重的作用。
它具有防潮的作用，也有吸收噪音的功能，不愧是当今新型装饰材料的首选。
红砂岩路基施工技术与质量控制••hxr•1楼【内容摘要】：由于近几年交通事业的迅猛发展，原有的国道及省道等构成的公路网已不能满足公路运输业的要求，各省区高速公路的大量修建已成为必然。
在我国南部省区存在大量红砂岩，由于其材料本身的特殊性，以往从未在高等级公路中应用过，只是少量用在低等级公路中作为路基填料，且出现了大量的质量问题。
大量红砂岩路堑挖方的去向问题同样摆在湖南是省高速公路建设者面前，如果作为弃方不用，每条高速公路都将产生近千万的弃方，增加几亿元的投资，弃方还将占用大量土地，带来水土保持等问题。
加筋红砂岩风化土强度和变形特性_喻泽红
第24卷第15期岩石力学与工程学报V ol.24 No.15 2005年8月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug.，2005 加筋红砂岩风化土强度和变形特性喻泽红1，魏红卫2，邹银生3(1. 长沙理工大学河海工程学院，湖南长沙 410076；2. 中南大学土建学院，湖南长沙 410007；3. 湖南大学土木工程学院，湖南长沙 410082)摘要：红砂岩风化土是湖南公路路堤工程中应用较多的填筑材料，采用直剪试验研究了不同压实度的红砂岩风化土的强度和变形特性，以及加筋对其工程性质的影响。
试验表明，随压实度增大，红砂岩风化土的峰值抗剪强度明显提高，但主要由粘聚力的增大引起，随剪切位移增大，粘聚力减小，抗剪强度大幅度降低，其应力–应变曲线呈现随应变软化型。
加筋提高了红砂岩风化土的峰值抗剪强度和残余强度，更重要的是明显减小了峰值后强度的降低幅度，且达到峰值抗剪强度的剪切位移增大，峰值区域增宽，土体延性提高，改善了红砂岩风化土的强度和变形特性；对于不同的加筋层数和不同的筋材模量，以及在不同的压实度和试验竖向压力下，加筋对红砂岩风化土的强度和变形特性的改变不同；根据试验结果，还对红砂岩风化土的工程性质以及加筋的抗剪作用机理进行了初步探讨，阐述了加筋材料在土的应力–应变关系中的主要功能和作用。
关键词：土力学；加筋红砂岩风化土；剪切试验；强度特性；变形特性；影响参数中图分类号：U 213.1 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)15–2770–10 CHARACTERISTICS OF SHEAR STRENGTH AND DEFORMATION OF REINFORCED RED SAND SILTY CLAY WITH GEOSYNTHETICSYU Ze-hong1，WEI Hong-wei2，ZOU Yin-sheng3(1. Changsha University of Science and Technology，Changsha410076，China；2. College of Civil Engineering，Central South University，Changsha410007，China；3. College of Civil Engineering，Hunan University，Changsha410082，China)Abstract：Red sand silty clay is used widely in highway engineering in Hunan Province. The direct shear tests on red sand silty clay with various geosynthetics were carried out to investigate the strength and deformation performances，the influence of parameters such as reinforcement layers and modulus，soil compactness，as well as confining pressures of test. Results show that with increasing compactness，the shear strength of soil increases significantly，but this is mainly caused by cohesive forces，which will disappear gradually with shear displacement increasing，and usually the stress-strain curve of red sand silty clay has a strain-softening phase. Reinforcement improves the stress-strain behaviors of red sand silty clay that both the peak strength and residual strength are increased，but the most important is the amount of reduction of residual strength，and the peak shear strength arrives at a larger shear displacement；as a result，the soil becomes more ductile. Based on the test results，the mechanism of the shear strength of reinforced soil is proposed tentatively；and the role and function of reinforcement in the stress-strain behaviors are also illustrated.收稿日期：2004–08–24；修回日期：2005–01–24基金项目：湖南省科委指导项目(2001–5)作者简介：喻泽红(1966–)，女，博士，2005年于湖南大学结构工程专业获博士学位，现任副教授，主要从事结构与岩土工程方面的教学与研究工作。
风化红砂岩改良土的力学性能分析
我国南方地区广泛分布着红砂岩， 该区域雨季长、降水量大及裂隙水发达。 红砂岩在自然条件下风化后会出现强度 降低、浸水软化、抗风化能力差等不良 工程性质。当前高速公路施工过程中遇 到大量的红砂岩路基工程问题。地基变 形和稳定是红砂岩路基处理要解决好的 两个主要问题 [1]。为研究和解决这两大 问题，可通过建立红砂岩土体应力应变 关系并结合相应的应力应变本构模型进 一步分析路基沉降 [2]。
1.2 试验设置 三轴剪切试验采用 GDS 试验仪中的
非饱和土固结不排水模块。试件参照《公 路土工试验规程》中规定方法制作，直 径 为 391mm， 高 度 为 800mm。 同 一 条 件 的土体分别在定围压为 50kPa、100kPa 和 150kPa 的条件下进行三次加载读数， 加荷速率衡定设置为 0.05mm/s，试验设 置以轴向 15% 变形量为破坏值。掺水泥 试件在成型后养护 7d 进行试验。
3 结论
通过对取自湖南省某段高速公路红 砂岩的进行三轴剪切试验，基于邓肯 张模型，对三轴试验结果进行参数拟合 与分析，结论如下：
（1） 通 过 常 规 三 轴 试 验 所 得 到 的 红砂岩风化土应力—应变关系可通过邓 肯 - 张模型进行分析；（2）随相同围压下， 未改良的红砂岩土初始模量小于水泥改 良红砂岩土体的；（3）水泥掺量的增加 可提高红砂岩土体的粘聚力与内摩擦角， 大幅提高土体抗剪能力。
表 3 红砂岩土样液塑限参数
水泥 围压 /MPa
0.05
0
0.10
0.15
0.05
4%
0.10
0.15
a 0.052 0.048 0.043 0.032 0.021 0.012
Ei/MPa 19.4 20.7 23.5 31.6 48.8 80.6
兰州盆地第三系砂岩工程地质特性评价研究
兰州盆地第三系砂岩工程地质特性评价研究张波【摘要】兰州盆地广泛分布的第三系砂岩沉积厚度大,多同泥岩互层分布,砂岩受水影响易发生软化,容易导致工程结构特别是地下隧道工程围岩出现失稳问题.为评价研究兰州盆地第三系砂岩工程地质特性,首先收集兰州至重庆铁路、兰州至中川铁路砂岩段勘察试验资料,统计分析得到了砂岩的物理力学性质;然后对代表性砂岩进行电镜扫描试验研究其在不同含水率下的微结构变化特征;最后确定了影响砂岩工程特性的主要影响因素为:含水率、黏粒含量、地下水阴离子浓度、孔隙比.通过采用突变理论建立了第三系砂岩工程地质特性定量评价模型,砂岩工程地质特性可以划分为5级:恶劣(S≤0.64)、较差(0.64＜S≤0.71)、一般(0.71＜S≤0.79)、较好(0.79＜S≤0.87)、良好(S≥0.87).应用模型对兰渝铁路桃树坪隧道砂岩进行评价,该区域砂岩评价结果介于0.57～0.77之间,工程地质特性处于一般到恶劣状态,评价结果与现场实际结果一致.【期刊名称】《工程地质学报》【年(卷),期】2014(022)001【总页数】7页(P166-172)【关键词】第三系砂岩;工程地质特性;突变级数法;定量评价【作者】张波【作者单位】中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043【正文语种】中文【中图分类】U211.2第三系砂岩外观一般为红色，同泥岩一起常被称为红层。
我国砂岩分布广泛，从地形分布特点来看，我国砂岩主要分布于西南地区、西北、华中、华南等地区的各个盆地中［1～3］。
兰州地区第三系砂岩分布范围较广，且砂岩地层厚度比较大。
兰州地区仅新城范围内为白垩系地层，其余地区下伏基岩大体均为第三系红砂岩或碎屑岩类。
同硬质岩相比，第三系砂岩在破坏前变形具非线性，出现剪胀，呈塑性变形［4～6］。
兰州地区第三系砂岩是一种极软质岩石，由于成岩性差，受水影响后极易崩解而丧失结构特性。
这种松散岩体受埋深的压实作用变化明显，试验测得砂岩干燥状态下的单轴抗压强度范围值为3.05～5.68MPa，饱和状态下单轴抗压强度介于0.20～0.83MPa［7］。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
岩土材料在工程环境下所表现出众多而复杂的 工程特性和现象，都与其内部微结构的形态和变化 有关。因而，揭示岩土体工程特性与其微结构形态 及变化之间的内在规律性，建立具有微结构变化特 征背景的关系式，不仅对岩土力学理论进一步深入 研究具有十分重要的科学意义，而且对分析和评价 岩土材料的工程特性及其对工程建设的适应性也有 着明显的现实性。岩土材料微结构的研究与试验水 平密切相关，随着扫描电镜(SEM)、电子探针、透 射电镜等新兴技术的不断引入和计算机图像处理技 术的提高，对岩土材料微结构研究已由单纯的定性 描述发展到了定量描述和分析。目前，这方面的研 究主要集中在结构特征的量化和岩土材料微结构变 化与工程性质的定量分析上，C. A. Moore 和 C. F. Donaldson[1]利用数字摄影技术，根据分形理论定量 分析了土的孔隙率和孔隙分布；吴义祥[2]应用计算 机图像分析技术从信息熵角度对工程黏性土结构排 列状态进行了定量研究；刘松玉等[3，4]推出了粒度 分维分析方法等，提出了大量的微结构量化参数。 这些微结构量化参数的提出，为建立具有微观背景 的岩土材料本构模型奠定了基础。
关键词：岩石力学；红砂岩；微结构；关联性分析；演化特性
中图分类号：TU 45
文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2007)10–2141–07
EXPERIMENTAL STUDY ON MICROSTRUCTURE OF STRENGTH PROPERTY OF RED SANDSTONE
HU Xin1，2，HONG Baoning1，2，WANG Wei3，MENG Yunmei3 (1. Key Laboratory for Geotechnical Engineering of Ministry of Water Resources，Hohai University，Nanjing，Jiangsu 210098，
Abstract：In order to discuss the microstructural mechanism of strength property of red sandstones，the microstructural changes of red sandstone under load are tracked by using optical testing systems；the unconfined
2.31
1.78
2.75
2.68
0.38
0.56
S4
强
0.81
0.89
82.1
17.9
0.75
0.65
2.08
1.65
2.23
2.30
0.40
3.38
S5
强
0.85
0.72
83.4
16.6
0.78
0.65
2.04
1.64
2.71
2.65
0.44
3.56
Z1
中
0.70
0.88
86.1
13.9
0.74
0.58
compressive strength of corresponding rock specimen is measured and the comparable quantitative parameters are extracted. By using multilinear regression method，the correlations between unconfined compressive strength and
第 26 卷 第 10 期 2007 年 10 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.26 No.10 Oct.，2007
红砂岩强度特性的微结构试验研究
胡 昕 1，2，洪宝宁 1，2，王 伟 3，孟云梅 3
(1. 河海大学 岩土工程水利部重点实验室，江苏 南京 210098；2. 河海大学 岩土工程研究所，江苏 南京 210098； 3. 南京工程学院 建筑工程学院，江苏 南京 211167)
摘要：为探讨红砂岩强度特性的微观机制，运用自主开发的微细结构光学测试系统，对荷载作用下红砂岩微结构
的演化进行全程观测，并测定对应岩样的无侧限抗压强度和提取相应的微结构量化参数。运用多元线性回归分析
法对微结构量化参数和无侧限抗压强度进行关联性分析，筛选出对红砂岩无侧限抗压强度有显著影响的微结构要
素，并对荷载作用下显著性微结构要素的演化特性进行分析。研究结果表明：在单轴压缩条件下，红砂岩先结构
强化，后结构劣化，直至最终破坏；红砂岩的单轴抗压强度主要与密实程度、微孔洞等缺陷的分布情况及矿物颗
粒之间的联结状态有关，随着红砂岩风化程度的增强，以上各因素对其单轴抗压强度的影响将更加显著；伴随荷
载的增加，红砂岩的矿物颗粒面积比例及欧拉数总体上趋于减小，孔隙向着集中化和集团化的趋势发展，红砂岩
抗变形能力逐步丧失。
3 风化程度对红砂岩微结构的影响
岩石的结构是指岩石矿物(及岩屑)颗粒相互之 间的关系，包括矿物颗粒及岩石中孔隙(即孔隙、裂 隙及微结构面等内部缺陷)的形态、分布和结构联结 特点[11]。风化作用普遍增加了岩石的微孔隙体积和 孔隙表面积，特别是增大了大孔径孔隙在总孔隙中 所占的比例[12]。从微结构角度看，随着风化程度的
microstructural parameters are analyzed. Then the microstructural elements closely linked with unconfined
compressive strength of red sandstone are filtered and the evolutionary characteristics of prominent microstructural elements are analyzed. The findings indicate that under uniaxial compression，the red sandstones at first experience structural intensification and then structural degradation until they are failed；the unconfined compressive strength of red sandstone is mainly related with compaction rate，pore distribution and connecting condition of mineral grains；and the above factors have a more notable impact on the unconfined compressive strength of red sandstone with the increase of weathering；with the increase of load，the grains area ratio and Euler number decrease，the pore develops towards centralization or collectivization，and the red sandstones gradually lose their resistance to
由于岩土材料的物理力学性质是微结构状态的 总体反映，是诸多结构因素共同作用的结果，不同 的结构因素对岩土材料的物理力学性质的影响差别 很大，并且表征结构状态的结构量化参数对工程特 性的影响不是完全独立的，而是存在着一定的交 叉[5]。因此，为准确地反映土体某种物理力学性质 同微细结构状态之间的关系，必须确定主要影响因 素，从定义的微结构量化参数中筛选出对岩土材料 物理力学性质具有显著影响的参数。同时，岩土材 料在受力压缩时，其工程性质亦将发生相应的变 化，这种变化通过其结构状态的调整来实现[6～8]。 因此，要想揭示物理力学行为的本质规律，必须掌 握岩土材料在受力过程中微结构相应的变化情况。 综上所述，本文从筛选对岩土材料物理力学性质具 有显著影响的微结构量化参数着手，研究岩土材料
收稿日期：2007–06–01；修回日期：2007–06–21 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50279008) 作者简介：胡 昕(1979–)，男，2003 年毕业于南京林业大学土木工程学院道路与桥梁工程专业，现为博士研究生，主要从事岩土材料微结构 力学及其测试方法和软土地基处理方面的研究工作。E-mail：moyuan@
• 2142 •
岩石力学与工程学报
2007 年
deformation. Key words：rock mechanics；red sandstone；microstructure；relevance analysis；evolutionary characteristics
1引言
工程特性与其微结构变化之间的内在规律性，对建 立具有微结构变化背景的本构关系具有重要意义。
第 26 卷 第 10 期
胡 昕， 等. 红砂岩强度特性的微结构试验研究
• 2143 •
表 1 岩样初始状态的微结构量化参数均值与单轴抗压强度统计表 Table 1 Statistical table of quantative microstructural parameters under initial state and uniaxial compressive strength
China；2. Institute of Geotechnical Engineering，Hohai University，Nanjing，Jiangsu 210098，China；3. College of Architectural Engineering，Nanjing Institute of Technology，Nanjing，Jiangsu 211167，China)