岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (2): 419-427.doi: 10.16285/j.rsm.2019.0464

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于天然红层材料的软岩成型模拟研究

周翠英1, 2,孔令华1, 2,崔光俊1, 2,于磊1, 2,刘镇1, 2   

  1. 1. 中山大学 土木工程学院,广东 广州 501275;2. 中山大学 广东省重大基础设施安全工程技术研究中心,广东 广州 510275
  • 收稿日期:2019-03-08 修回日期:2019-05-10 出版日期:2020-02-11 发布日期:2020-02-08
  • 通讯作者: 刘镇,男,1981年生,博士,副教授,博士生导师,主要从事岩土力学与工程方面的研究。E-mail: liuzh8@mail.sysu.edu.cn E-mail:zhoucy@mail.sysu.edu.cn
  • 作者简介:周翠英,女,1963年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩土力学与工程方面的研究
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 41530638);广东省高层次人才特殊支持计划——科技创新青年拔尖人才(No. 2015TQ01Z344);广东省应用型科技研发专项资金重大项目(No. 2015B090925016)。

Molding simulation of soft rock based on natural red bed materials

ZHOU Cui-ying1, 2, KONG Ling-hua1, 2, CUI Guang-jun1, 2, YU Lei1, 2, LIU Zhen1, 2   

  1. 1. School of Civil Engineering, Sun Yat-sen University, Guangzhou, Guangdong 510275, China; 2. Guangdong Engineering Research Center for Major Infrastructures Safety, Sun Yat-sen University, Guangzhou, Guangdong 510275, China
  • Received:2019-03-08 Revised:2019-05-10 Online:2020-02-11 Published:2020-02-08
  • Contact: LIU Zhen, male, born in 1981, PhD, associate Professor, PhD supervisor, mainly engaged in research of geotechnical engineering. E-mail: liuzh8@mail.sysu.edu.cn E-mail:zhoucy@mail.sysu.edu.cn
  • About author:ZHOU Cui-ying, female, born in 1963, PhD, Professor, PhD supervisor, mainly interested in research of geotechnical engineering. Email: zhoucy@mail.sysu.edu.cn
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (41530638), the Special Support Plan for High-level Talents in Guangdong Province: Top Young Talents in Scientific and Technological Innovation (2015TQ01Z344) and the Major Projects of Special Funds for Applied Science and Technology Research and Development in Guangdong Province (2015B090925016).

摘要: 岩石模拟是岩土工程模型试验、地质岩芯模拟试验等研究的核心。但目前基于人工材料的模拟制备受限于现有相似理论与技术手段,成岩结果与实际岩性差异较大,特别是软岩的成型模拟问题尤为突出。以天然红层材料为原料,改进传统的成岩模拟系统,考虑成岩过程中温度、孔隙流体压力及上覆压力的分阶段影响,模拟红层软岩从松散岩土颗粒到岩石的形成过程,得到工程标准尺寸软岩岩芯。通过与天然红层软岩进行成岩过程、物理性质、化学性质及力学性质的对比研究表明,以天然红层为原料的软岩岩芯与天然红层软岩性质相似。该研究突破了人工材料配制、3D打印等方法一般只能满足某一方面性质的局限,为大量不同功能需求的软岩岩芯研究提供了新的制作思路与方法。

关键词: 天然红层材料, 软岩, 成型模拟, 标准尺寸岩芯, 成岩过程

Abstract: Rock simulation is the core of the researches such as geotechnical engineering model test and geological core simulation tests. At present, however, the molding simulation results based on artificial materials are greatly different with that from the actual rock properties due to the limitations of existing similarity theory and technical approaches, especially for the molding simulation of soft rock. In this study, the natural red beds is taken as the raw materials and the traditional diagenesis simulation system is improved. The influences of temperature, pore fluid pressure and overlying pressure are considered herein. The formation process of red bed is realized from the loose rock and soil particles to the rock and the engineering standard size soft rock cores are obtained. Based on the comparison results of diagenesis process, physical properties, chemical properties and mechanical properties between the natural red bed soft rock and the soft rock core that based on natural red bed materials, it is found that the simulated soft rock cores have similar properties with that of the natural red beds soft rock. This study breaks through the limitations where only certain properties can be generally satisfied from the artificial material similarity simulation, 3D printing or other methods. This study can provide a new manufacturing ideas and methods for the research of large demand soft rock core with differing functional requirements.

Key words: natural red beds material, soft rock, molding simulation, standard size rock core, diagenesis process

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