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崩解-潜蚀作用下风化花岗岩土体的力学特性及微观研究

崩解-潜蚀作用下风化花岗岩土体的力学特性及微观研究

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作者：杨克政广州大学

学位级别：硕士

近年来,随着我国地下空间建设开发力度逐步加大,致使产生了大量与风化花岗岩土体相关的工程。风化花岗岩土体受到扰动尤其是水作用后力学性能会发生改变,会导致一系列的土体垮塌及滑坡等灾害,另一方面,风化花岗岩土体受到水作用后会迅... 详细信息

近年来,随着我国地下空间建设开发力度逐步加大,致使产生了大量与风化花岗岩土体相关的工程。风化花岗岩土体受到扰动尤其是水作用后力学性能会发生改变,会导致一系列的土体垮塌及滑坡等灾害,另一方面,风化花岗岩土体受到水作用后会迅速发生崩解,并受到潜蚀作用导致水土流失,使得土体性能劣化,直接威胁相关工程安全。因此,开展崩解-潜蚀作用下风化花岗岩土体的力学特性及微观机理研究,对边坡稳定、地铁隧道安全和预防地表塌陷等工程实际具有现实价值和理论意义。本文对不同风化程度下的风化花岗岩土体进行了崩解试验和潜蚀试验,分析了风化花岗岩土体的崩解特性和潜蚀特性;对潜蚀前后的风化花岗岩土体进行了一维压缩试验和动力三轴试验,分析了细颗粒流失对其力学特性的影响规律;利用多尺度微观试验对风化花岗岩土体的矿物组成、化学成分和微观结构进行研究,阐明了花岗岩风化演变机理和风化花岗岩土体潜蚀机理,主要工作内容与结论如下:(1)通过崩解试验,研究了原状、重塑和潜蚀之后的花岗岩残积土和全风化花岗岩的崩解曲线、崩解速率和崩解形态。试验表明风化花岗岩土体崩解可分为三个阶段,原状风化花岗岩土体的抗崩解性能显著优于重塑风化花岗岩土体,潜蚀后的风化花岗岩土体抗崩解性能显著下降。(2)通过潜蚀试验,探究了花岗岩残积土和全风化花岗岩的潜蚀流速、细颗粒流失占比和潜蚀破坏形态。试验表明水压会影响潜蚀流速和细颗粒流失占比;全风化花岗岩潜蚀过程中流速、细颗粒流失量和沉降高度都比花岗岩残积土小;花岗岩残积土会形成明显的潜蚀通道,而全风化花岗岩会形成大量的裂缝和孔洞。(3)通过压缩试验,研究了风化程度和潜蚀作用对风化花岗岩土体压缩指数、压缩系数和压缩模量的变化规律。试验表明随着风化程度增大,风化花岗岩土体的压缩指数和压缩模量随之减小;潜蚀作用后,其压缩性增大,压缩模量减少。(4)通过固结不排水动力三轴试验,阐明了花岗岩残积土和全风化花岗岩潜蚀前后动弹性模量与刚度衰减的变化规律。试验表明全风化花岗岩比花岗岩残积土初始动弹性模量更小;花岗岩残积土更快地进入刚度衰减阶段,其刚度衰减区间处于全风化花岗岩下方;风化花岗岩土体中细颗粒的流失,使得土体动弹性模量减少和刚度衰减加剧。(5)通过微观试验,明晰了花岗岩风化演变机理和风化花岗岩土体潜蚀机理。试验表明花岗岩风化过程整体上呈脱硅富铝铁化,随着风化程度的增加,风化花岗岩土体中细颗粒增多,裂纹发展加剧,整体结构性劣化;风化花岗岩土体在潜蚀作用下,石英和长石等较为稳定的原生矿物破碎成细颗粒后被潜蚀流失;云母等不稳定的原生矿物易被潜蚀运移;高岭石和伊利石等次生矿物中细小的粘性颗粒被潜蚀作用带走;含铁元素矿物中胶结物质被潜蚀作用带走。

关键词：风化花岗岩土体崩解试验潜蚀试验力学特性微观机理

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