浸水饱和松散砂岩压实特性的试验研究.pdfVIP

浸水饱和松散砂岩压实特性的试验研究 张连英 1 樊秀娟 1 1 中国矿业大学理学院,徐州 221008 E-mail: zhanglianying@126.com 摘要:通过用刚性试验机 MTS 伺服机 测试不同粒径的浸水饱和松散砂岩压实特性的试验 研究 得到浸水饱和松散岩石在压实的过程中控制体增量与轴向应力 体积变化量与轴力 不同粒径相同轴压下的轴力与位移 同一轴压下的控制体增量与粒径的相关规律 试验结果 表明 压实过程中控制体增量与轴向应力呈幂函数关系 体积变化量与轴力呈幂函数关系 不同粒径相同轴压下的轴力与位移的呈对数关系 同一轴压下控制体增量与粒径的关系比较 复杂 这与岩石为松散饱和特性有关 关键词:浸水饱和 松散岩石 压实特性 实验 1. 前言 松散岩块的压实问题是岩土力学研究的重要内容之一 它在不少工程领域有着重要应 用 例如 老采空区地表沉陷 土石坝及路基变形量的估计 覆岩注浆减冗和采控区充填工 程等 目前 国内外学者对自然含水状态下松散岩块压实特性研究比较多[1~8] 但由于松散 堆石体在路基 大坝和地下工程破坏围岩中是水渗透的良好通道 水对松散岩石具有软化作 用 软化以后的堆石体受压变形的各种力学特性与软化前会有明显不同 有关这方面的研究 目前尚不多见 且主要注重于岩石强度及稳定性研究[9~10] 为了进一步揭示浸水饱和后松散 岩块的压实特性 本文将对不同粒径的浸水饱和松散砂岩的压实特性进行了系列试验研究 初步总结了浸水饱和松散岩石在压实的过程中控制体增量与应力 体积变化量与轴向应力的 相关性规律 为相关领域的工程应用提供参数 2. 试验方法及方案 2.1 试样的设备 -8 本试验所用岩样为一些砂岩 其单轴抗压强度σ =40MPa 渗透系数为 10 cm/s 量级 c 试验前 首先将岩样进行破碎 用分级筛按不同粒径进行分级 取 3种基本粒径 即 粒径 1 φ5mm 10mm 粒径 2 (φ 10mm 15mm) 粒径 3 φ 15mm 20mm 2.2 试验设备及试验方法 试验是在中国矿业大学 MTS815.02 岩石力学试验系统上进行 试验中采用了专门研究设 计的破碎岩石压实渗透仪 载荷分6级加载 24kN 2.5MPa 60kN 5MPa 120kN 10MPa 1 240kN 20MPa 360kN 30MPa 480kN 40MPa 试验方法 给渗透仪中加入一定量的饱和研究粒径的破碎岩样 对 MTS815 启动加载 将载荷控制在 20kN 以下 开启水循环控制 孔隙压不超过 1MPa再对岩样进行一次注水饱和 轴向加载并利用 TeststarII 软件来测试时间 轴向载荷 轴向位移等 保持载荷额定 流量注水 测试时间 轴向位移 柱塞位移 孔隙压 为了研究问题方便 定义一个变量控制体 它是指从研究的容器内取部分体积 并固定 不变 则研究问题中体积的变化量或里面物质的变化就是研究控制体内物质的变化量 此试 验取的控制体是圆柱体 底面积的直径是 127mm, 高为 20 ㎜ 则控制体体积 2