滇中红层软岩水岩作用及对隧洞工程的影响 ——以螺蜂山隧洞张河组为例

作     者：邓通海 

作者单位：成都理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邓辉;陈强

授予年度：2017年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 081503[工学-水工结构工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：水岩作用 张河组软岩 室内试验 数值分析 

摘      要：红层软岩遇水反应强烈,强度下降明显,软化性强,对水敏感,与其粘土矿物的含量、类型以及软岩结构特征密切联系。水岩作用的本质是其微观结构的改变不断积累,宏观力学性质的变化则是微观结构变化的外在表现。本文通过对张河组粉砂质泥岩的室内试验研究,得出了其工程力学特性,并对其水岩作用的微观机理进行了研究分析。结合数值模拟手段,研究了水岩作用对微观参数、对隧洞开挖围岩力学响应以及对衬砌结构受力的影响。论文取得的主要成果如下:(1)张河组粉砂质泥岩一般含有较多的粘土矿物,一般强度不高,在试验中有非常明显的压密阶段,变形模量较小,容易引起大变形;饱水后力学性质较差,单轴压缩多以片状剥落破坏形式为主,试验后一般会整体解体,浸水4天后强度衰减多数可达90%以上;(2)遇水反应迅速,发生崩解和膨胀的时间较短,且膨胀力相对偏大,膨胀潜势较高,对隧洞工程的影响较大。其耐崩解性与循环次数密切相关,耐崩解指数随循环次数的增加而趋于稳定。(3)饱和度对其宏观力学性质影响很大,饱和度60%的峰值强度与弹性模量为100%的4倍以上,同时大致可以看出,在一定饱和度范围内,失水过程中力学性质有先快速上升后缓慢上升的过程,但失水过程中岩样表面容易产生收缩裂隙。(4)张河组粉砂质泥岩水岩作用主要为粘土矿物的膨胀作用(包括蒙脱石层层间膨胀和形成双电层膨胀)和胶结物溶解机制。在两者共同作用下,岩石微观结构被改变,颗粒之间的联结削弱,孔隙增多增大,微裂隙发展,物理力学性能降低。(5)利用PFC2D研究了干燥及饱水状态下岩石的细观参数,结果表明:饱水状态下的细观参数较之干燥状态,都有较大幅度的降低,水岩作用对岩样微观结构作用强烈。同时利用FLAC3D模拟研究了水岩作用对隧洞开挖围岩力学响应以及衬砌结构受力的影响。