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碎裂岩体工程特性的等效研究及工程应用

谢晔  
【摘要】:碎裂岩体为小的岩石块体构成,不含或少含泥质物,块体间的连接性差,一旦被揭露或暴露后,随着围限应力的释放,岩块回弹松弛,在这种情况下,仅能获得松弛条件下的力学参数,难以获得代表原位性状的力学参数。即使是开展室内试验,也难以获得可以代表真实特征的原状样试件。由于这些原因,碎裂岩体的力学试验和获得可表征原位状态力学参数成为当前岩体工程特性研究中,值得探索和突破的一个新的方向。 通过参与多座大型或特大型水电站坝基岩体工程地质和建基面选择研究项目,作者对碎裂结构岩体的工程特性开展了较多的研究。论文从碎裂结构的成因类型、形成及后期赋存的环境条件(主要是应力环境)入手,通过对公伯峡电站实例的研究和分析,论证了等效试验研究的理论依据;通过新开发的获取碎裂岩体原状试件技术,并在室内测得表征原位条件下的密度,以此密度作为参照值,用获得的碎裂岩体的散状试样,从岩体或土体在压力下的变形主要是岩体空隙或土体孔隙的压缩变形的基本原理出发,加工了新的加压试验装置,在MTS岩石试验机上较为成功地实现了碎裂结构岩体力学参数的等效试验研究。试验初步揭示出碎裂结构岩体应力状态、物理性质与变形模量的关系,获得或预测了原位状态下碎裂结构岩体的变形模量,通过现场的检验,基本一致。 本文的主要研究成果如下: (1)对碎裂岩体的类型和成因进行了分析,对已有的研究成果作了归纳和总结,并具体对溪洛渡在完整的玄武岩中分布有较多的碎裂岩体构成的破碎带,而角砾熔岩却很少出现的现象进行了分析。 (2)对碎裂岩体的赋存环境进行了研究,并以川西、滇西北高原为研究区,通过有限元计算,对碎裂岩体形成的应力条件进行了探索性研究,论证了构造运动的最大主应力量值可以在50‐100MPa及以上。 (3)对不同类型碎裂结构岩体的结构面发育特征及统计方法做了归纳、总结,并以金安桥、向家坝、溪洛渡电站为实例,详细介绍了各种不同类型碎裂岩体的块度分析方法。 (4)以溪洛渡、白鹤滩、向家坝等主要研究场址利用新开发的双层原位试件取样技术取得没有松弛的原状样并进行试验研究,得到天然状态下的物理力学参数。 (5)对已有的国外沉积物的自重压密的大量研究成果进行了分析,建立了应力与干密度曲线,当沉积物压力达到50-60MPa左右,其干密度将在2.3~2.4g/cm~3之间,该干密度与作者现场取样得到的碎裂岩体的干密度相当。 (6)对公伯峡电站古全风化花岗岩、砾砂岩物理性质与应力环境进行了分析,认为古全风化花岗岩与临夏组砾砂岩一起经历了同样的地质环境,加上二者在粒度成分上的一致性,虽然岩石名称各异,但物理性质是等同的。通过对这种天然状况下的物理压密成岩作用的分析,为作者的岩体工程特性等效研究提供了天然实例。 (7)论证了碎裂岩体工程特性等效研究的基本依据或理论依据,并通过对6个试验样品的等效加压试验的结果分析,验证了室内试验与地质史上压密具有等效性且室内压密试验成果与国外地层压密具有等效性,同时,同量级压力下压缩模量有等同性,这为室内压密试验分析碎裂岩体变形模量提出了一个新研究途径。


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