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超深埋工程软岩物理化学成分及力学特性分析(2)

来源:四川建材 作者:李烁
发布于:2017-03-15 共4228字
  6) 已开挖的T1地层洞段的现状是大变形问题突出,部分洞段支护断面已经侵入设计衬砌断面净空,个别部位甚至侵占了隧洞过流断面,产生“缩颈”情况,必须进行扩挖处理。
  
  3软岩扫描电镜分析
  
  扫描电子显微镜简称扫描电镜,是一种大型精密光学仪器。从1965年第一台扫描电镜问世以来,已得到了迅速的发展,种类不断增多,性能日益提高,放大倍数超过几十万倍,能看到微米级或埃级大小的颗粒,可以很直观地看到材料的微结构形态。部分扫描电镜集成能谱仪后还可用于试样元素的鉴别、半定量分析以及元素在整个视场的分布。扫描电镜主要用于研究不同领域中各种样品的表面形貌特征,目前已在生物学、植物学、地质学、冶金等学科领域获得越来越广泛的应用。
  
  将试样1放大3 000倍,扫描结果分别见图5所示。从图5中可看出,岩石中片状矿物含量多,有粒状矿物,片状矿物有定向性,片状矿物粒径2~5 μm.
  
  4软岩化学组成分析技术
  
  岩体的化学组成决定了其物理力学表现特征,了解岩体化学组成对掌握工程软岩的软化特性极其重要。本课题采用能谱分析技术和X射线衍射技术对绿泥石片岩的化学组成进行了元素类别和物相分析。能谱仪主要用于试样元素的鉴别、半定量分析以及元素在整个视场的分布,X射线衍射技术利用X射线在晶体中衍射与散射效应,进行物相的定性和定量分析、结构类型和不完整分析。X射线衍射技术是目前被公认的最有效确定岩土体矿物物相组成的方法。
  
  对试样进行了能谱分析,结果如图6所示。从图6中可以看出,岩石矿物成分主要为绢云母、伊利石、蒙脱石、石膏;伊利石,蒙脱石为风化作用形成。
  
  5软岩三轴压缩试验技术
  
  地壳中的岩石绝大多数是处于三向应力状态,研究岩石在三向应力状态下的强度特征和变形特性,对于岩石破坏机理和变形控制的探讨等具有重要的意义。目前在实验室中对岩石的单轴抗压、单轴抗拉等的强度试验做了大量的工作,但这些都是处于特殊的应力条件下的岩石应力试验。为了使试验更接近岩体天然的三向应力状态,需模拟类似的应力条件,针对这一问题,本课题采用力学试验机对工程区软岩的强度特性、变形特性及破坏特性进行了分析,从而为开挖和支护措施的优化提供参考。
  
  地勘阶段通过取样进行室内岩石试验和点荷载试验,统计成果如表1所示。
  
  由表1可知,微、新的泥质板岩抗压强度11. 6 ~ 35. 8MPa,平均值21. 2 MPa,属软岩; 弱风化的变质砂岩抗压强度23. 7 ~ 41. 5 MPa,属软质~中硬硬岩; 微风化~新鲜的变质砂岩、灰岩抗压强度51. 6~71. 3 MPa,属中硬~坚硬岩。
  
  岩石试验成果汇总表
  
  应指出的是,表1所得的试验数据是基于微风化或微风化的岩石试验得出的,所得强度较高。然而,隧洞开挖过程中,掌子面揭露后岩石与空气接触发生氧化反应,风化非常快,其强度急剧下降,表现为碎裂或散粒状,用手即可将其压碎。考虑到这种情况,地勘报告中建议的力学参数要低得多,岩石粘聚力为0. 01 ~ 0. 4 MPa,弹性模量为0. 1 ~ 6. 5GPa.这与实际施工开挖中观察到的现象基本吻合,即同是千枚状板岩,有些地段变形非常小,而有些地段变形非常大。
  
  因此,为避免掌子面揭露后岩石急剧风化,在施工中应尽量减少岩石与空气接触,掌子面开挖后,应立即采用喷混凝土封闭掌子面和边墙部位的露裸岩石,尽量减少岩石与空气的接触。
  
  6结 论
  
  本研究主要采用室内试验结合大变形洞段工程现象对超深埋工程软岩物理化学成分及力学特性进行了研究。通过采用扫描电镜-能谱分析实验、X射线衍射试验及膨胀性实验对工程区软岩的微结构特征及组成成分进行了分析,通过常规单轴和三轴试验分析了软岩的力学特性,获得了相关力学参数及变形特性。试验结果一方面在力学试验中得到1-能谱分析实验等手段对工程软岩的研究是可行的。
  
  参 考 文 献:
  
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原文出处:李烁. 深埋引水隧洞工程软岩力学特性研究[J]. 四川建材,2017,02:96-98.
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