蘭州皋蘭山地區(qū)紅層砂巖工程地質(zhì)特性研究.pdf

1、紅層在我國西南、華南、東南和西北地區(qū)廣泛分布，紅層砂巖具有遇水易軟化、崩解的特點(diǎn)且?guī)r體中軟弱夾層發(fā)育。為保證工程建設(shè)在紅層地區(qū)更好地開展，有必要搞清楚紅層砂巖的工程地質(zhì)特性尤其是層理面傾角對巖體強(qiáng)度的影響。
　　通過對不同沉積層理面角度的紅層砂巖試樣進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)、聲波測試實(shí)驗(yàn)以及數(shù)值模擬?？梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論：
　?。?）在單軸壓縮試驗(yàn)中，不同角度試樣的破壞模式表現(xiàn)出一定的各向異性。隨著層理面與軸力方向夾角的逐

2、漸增大，試樣的破壞機(jī)理由沿著層理面產(chǎn)生豎向劈裂，轉(zhuǎn)化為沿著層理面的滑移剪切破裂，再逐漸轉(zhuǎn)化為交切層理面的結(jié)構(gòu)塊體壓致性拉張破裂。
　?。?）在單軸壓縮試驗(yàn)中，不同角度試樣的力學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)出一定的各向異性。垂直層理面試樣的單軸抗壓強(qiáng)度最大，平行層理面試樣的單軸抗壓強(qiáng)度較小，當(dāng)層理面與軸力方向夾角為30°時，試樣的單軸抗壓強(qiáng)度最小。隨著層理面與軸力方向夾角的逐漸增大，試樣的割線彈性模量和泊松比均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。
　　（3）在三

3、軸壓縮試驗(yàn)中，隨著圍壓的增大，試樣的峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度均隨之增大，試樣的割線彈性模量也隨之增大。隨著圍壓的增大，不同角度試樣的峰值強(qiáng)度間的差值有所減小，試樣的各向異性逐漸減弱。對于本文研究的皋蘭山地區(qū)的紅層砂巖，當(dāng)圍壓達(dá)到8MPa時，可認(rèn)為已從各向異性材料轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨蛲圆牧稀１疚难芯康募t層砂巖符合M-C準(zhǔn)則，計(jì)算得到的破裂面與軸向的夾角和實(shí)際試樣的破裂面相近?？梢砸源祟A(yù)測試樣的實(shí)際破裂面角度。
　　（4）在不受外力的條件下，不同角

4、度試樣的縱波波速和橫波波速表現(xiàn)出一定的各向異性。隨著層理面與取芯方向夾角的逐漸增大，縱波波速和橫波波速均逐漸減小，波速比VP/VS也逐漸減小?？v波波速和橫波波速表現(xiàn)出一定的相關(guān)性，隨著縱波波速的增大，橫波波速也相應(yīng)增大。由波速計(jì)算得到的動態(tài)彈性模量、動態(tài)剪切模量、動態(tài)體積模量及動態(tài)拉梅常數(shù)隨角度變化的規(guī)律比較一致，隨著角度的增大，這些動態(tài)彈性參數(shù)逐漸減小。
　?。?）隨著圍壓的增大，各角度試樣的縱波波速和橫波波速均隨之增大，但不同

5、角度試樣的波速間的差值有所減小。說明當(dāng)圍壓增大以后，砂巖的各向異性逐漸減弱，表現(xiàn)為各向同性。由波速計(jì)算得到的動態(tài)彈性模量、動態(tài)剪切模量及動態(tài)體積模量變化的規(guī)律比較一致，隨著圍壓的增大，這些動態(tài)彈性參數(shù)也隨之增大。在三軸壓縮試驗(yàn)過程中，縱波、橫波波速和試樣的差應(yīng)力值有著較好的正相關(guān)性，波速的變化一定程度上可以反映試樣強(qiáng)度的變化。
　?。?）通過數(shù)值模擬得到的單軸抗壓強(qiáng)度和三軸抗壓強(qiáng)度在垂直和平行層理方向較大，在層理面與軸力方向夾角為