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谷山水库泥质页岩抗剪强度参数研究

温凯  
【摘要】:随着我国水利水电事业的迅猛发展,在库区的建设过程中经常遇到软弱夹层的出露,泥质页岩地层就是其中一种。由于泥质页岩遇水力学特性下降明显,使得库区在施工及蓄水过程中经常发生坝体变形、高陡边坡塌方等事故,严重威胁着库区周边人民的的生命财产安全。软弱岩体力学参数的选取一直是库区设计施工的重点难题,因此,有必要结合工程实际对泥质页岩抗剪强度参数进行研究。本文依托在建的洛阳市新安县谷山水库,根据现场工程实际获取岩样,进行室内外大直剪试验,并运用PFC2D进行室内试验的数值模拟,对谷山水库泥质页岩抗剪强度参数C、φ值进行研究,得到以下结论:(1)由现场大直剪试验,得到谷山水库泥质页岩在天然和饱水状态下的抗剪强度参数如下:在天然状态下,其内摩擦角为23.9°,内聚力为33.957kPa;在饱水状态下其内摩擦角为15.38°,内聚力为12.33kPa。试验表明,在饱水状态下,泥质页岩水化作用明显,力学特性变化显著,相比于天然状态下,抗剪强度参数下降明显。(2)通过在现场试验场地取样,进行了室内大直剪试验,得到谷山水库泥质页岩在天然和饱水状态下的抗剪强度参数如下:在天然状态下,其内摩擦角为29.9°,内聚力为C=40.04kPa;在饱水状态下其内摩擦角为21.6°,内聚力为25kPa。室内试验得到的抗剪强度参数大于现场直剪试验,这主要是由于试样在的采取、运输及试验过程中扰动较大,岩样天然结构破坏严重,空隙为岩体碎屑填充造成的。试验表明,结合现场大直剪试验,室内大直剪试验在一定程度上能反应泥质页岩力学及变形特性,虽然两种试验方法各有优缺点,但通过相互补充,能较为准确的反应剪切过程中的应力、应变及位移之间的关系,提高获取抗剪强度参数的可靠度。(3)利用PFC2D颗粒流程序,对室内试验进行了数值模拟,得到谷山水库泥质页岩在天然和饱水状态下的抗剪强度参数如下;在天然含水状态下,其内摩擦角为22.7°,内聚力为57.2kPa;在饱和状态下,其内摩擦角为20.27°,内聚聚力为24.23kPa。泥质页岩直剪试验模拟结果显示,其力学特性及应力应变关系与室内试验基本一致,并进一步研究了剪切破坏过程中剪切面裂缝的发展情况及力链传递分布规律,对泥质页岩细观破坏过程有了进一步的认识。(4)对室内外大直剪试验和模拟试验得出的结果进行对比,验证试验结果的正确性,最终总结得出了谷山水库泥质页岩抗剪强度参数如下:在天然含水状态下,内摩擦角取值范围为:22.7°~29.9°,内聚力为33.96kPa~57.2kPa;在饱和含水状态下,内摩擦角取值范围为:15.38°~21.6°,内聚力为12.33kPa~25kPa。


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