›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (3): 666-674.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

碎屑砂岩三轴压缩下强度和变形特性试验研究

张 玉1, 2,徐卫亚2,赵海斌3,王 伟2,梅松华3   

  1. 1. 中国石油大学(华东) 储运与建筑工程学院,山东 青岛 266580;2. 河海大学 岩土工程科学研究所,南京 210098; 3. 中国水电顾问集团中南勘测设计研究院 水能资源利用关键技术湖南省省重点实验室,长沙 410014
  • 收稿日期:2013-02-20 出版日期:2014-03-10 发布日期:2014-03-19
  • 作者简介:张玉,男,1985年生,博士,讲师,主要从事岩石力学与工程研究方面的工作。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金项目(No.11172090);水能资源利用关键技术湖南省重点实验室开放研究基金项目(No. PKLHD201306);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(No.13CX02095A)

Experimental investigation on strength and deformation properties of clastic sandstone under triaxial compression

ZHANG Yu1, 2,XU Wei-ya2,ZHAO Hai-bin3,WANG Wei2,MEI Song-hua3   

  1. 1. College of Pipeline and Civil Engineering, China University of Petroleum, Qingdao, Shandong 266580, China; 2. Research Institute of Geotechnical Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 3.Hunan Provincial Key Laboratory of Hydropower Development Key Technology, HydroChina Zhongnan Engineering Corporation, Changsha 410014, China
  • Received:2013-02-20 Online:2014-03-10 Published:2014-03-19

摘要: 基于碎屑岩组织结构疏松、含水率较高、物理力学性能较差、呈孔隙式胶结接触等特点,对碎屑砂岩首先开展了物理特性试验分析,认为其微、细观结构复杂、内部破坏严重,矿物成分为石英、长石、绢云母等,化学成分以SiO2为主,属微透水、小孔隙率砂岩,且渗水化学侵蚀并不显著。其次,开展了静水压力、单轴压缩和三轴压缩试验,研究了碎屑砂岩的强度和变形破坏特性。最后,初步探索了物理特性与强度变形特性的关系。结果表明,静水压力为2.6 MPa时,岩样内部微缺陷压密完成;单轴压缩曲线呈明显6阶段特征,峰值应力达0.98 MPa,属脆-延性破坏;三轴压缩条件下,岩样呈压缩为主的延性扩容破坏,轴向压缩和环向体积扩容达6%和4%;曲线无明显破坏荷载,呈现非线性、塑性硬化、存在屈服平台和体积由压缩向扩容过渡等特性。且体积扩容破损应力与屈服应力基本相同,扩容转折点随围压增加而增大,围压可增强岩样抵抗变形破坏的能力。试验结果旨在为岩石工程稳定分析及本构模型构建提供可靠的依据。

关键词: 岩石力学, 碎屑砂岩, 试验研究, 强度, 变形

Abstract: Based on the characteristics of loose organizational structure, high moisture content, poor physical mechanical properties and pore cementation contact, the basic physical properties tests on clastic sandstone were carried out first. It's considered that the rock which belongs to small porosity sandstone as micro-permeability is extremely complex microstructure and that internal structure is damage seriously. The main mineral compositions are quartz, feldspar, sericite and so on; mainly chemical constituent is SiO2 and the chemical erosion is not significant. Secondly, the hydrostatic pressure tests, uniaxial and triaxial compression tests were carried out for clastic sandstone to study the strength and deformation failure properties. Finally, the correlations between mechanical properties and physical properties are preliminary discussed. The results show that the internal micro-defect of rock is compaction completed when hydrostatic pressure reaches 2.6 MPa. The uniaxial compression curve shows the characteristics of six distinct stages; and that the peak stress is 0.98 MPa. Moreover, brittleness and ductility are shown. Under triaxial compression test, clastic rock shows significant characteristics of mainly compressed and ductility dilatancy failure. In the action of deviatoric stress, the axial and lateral strains of rock reach 6% and 4% respectively. The curve has no significant damage load, which shows the mechanical properties of nonlinear, plastic hardening, yield platform and volume strain from compression to ductility dilatancy and so on. And the volume dilatancy damage stress is almost the same as the yield stress. The dilatancy turning point increases with an increase of confining pressure, and moreover, the confining pressure enhances the rock resistance to deformation and failure. The results provide dependable reference for the establishment of rock constitutive model and stability analysis.

Key words: rock mechanics, clastic sandstone, experimental investigation, strength, deformation

中图分类号: 

  • TU 452
[1] 宋义敏, 张 悦, 许海亮, 王亚飞, 贺志杰. 基于非均匀特征的岩石蠕滑与黏滑变形演化研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 363-371.
[2] 王国辉, 陈文化, 聂庆科, 陈军红, 范晖红, 张川, . 深厚淤泥质土中基坑开挖对基桩 影响的离心模型试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 399-407.
[3] 樊科伟, 刘斯宏, 廖洁, 方斌昕, 王建磊, . 袋装石土工袋剪切力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 477-484.
[4] 刘家顺, 王来贵, 张向东, 杨建军, 孙嘉宝, . 部分排水条件下饱和黏土 渐近状态本构模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 485-491.
[5] 张峰瑞, 姜谙男, 杨秀荣, 申发义. 冻融循环下花岗岩剪切蠕变试验与模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 509-519.
[6] 马维嘉, 陈国兴, 吴琪, . 复杂加载条件下珊瑚砂抗液化强度试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 535-542.
[7] 涂园, 王奎华, 周建, 胡安峰, . 有效应力法和有效固结压力法在预压地基 强度计算中的应用[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 645-654.
[8] 李剑, 陈善雄, 余飞, 姜领发, 戴张俊. 预应力锚索加固高陡边坡机制探讨[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 707-713.
[9] 王峰, 张建清, . 考虑颗粒强度尺寸效应的原型堆石料破碎特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 87-94.
[10] 李小刚, 朱长歧, 崔翔, 张珀瑜, 王睿, . 含碳酸盐混合砂的三轴剪切试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 123-131.
[11] 张艳博, 孙林, 姚旭龙, 梁鹏, 田宝柱, 刘祥鑫, . 花岗岩破裂过程声发射关键信号时 频特征试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 157-165.
[12] 赵晓彦, 万宇豪, 张肖兵. 汶马高速公路千枚岩堆积体岩块定向性试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 175-184.
[13] 郑坤, 孟庆山, 汪稔, 余克服, . 珊瑚骨架灰岩三轴压缩声发射特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 205-213.
[14] 王忠凯, 徐光黎. 盾构掘进、离开施工阶段对地表变形的 影响范围及量化预测[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 285-294.
[15] 李志成, 冯先导, 沈立龙, . 沉管隧道含垄沟卵石垫层变形特性试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 189-194.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[2] 张宜虎,周火明,邬爱清. 结构面网络模拟结果后处理研究[J]. , 2009, 30(9): 2855 -2861 .
[3] 杨 光,孙 逊,于玉贞,张丙印. 不同应力路径下粗粒料力学特性试验研究[J]. , 2010, 31(4): 1118 -1122 .
[4] 闻世强,陈育民,丁选明,左威龙. 路堤下浆固碎石桩复合地基现场试验研究[J]. , 2010, 31(5): 1559 -1563 .
[5] 张常光,张庆贺,赵均海. 非饱和土抗剪强度及土压力统一解[J]. , 2010, 31(6): 1871 -1876 .
[6] 杨天鸿,陈仕阔,朱万成,刘洪磊,霍中刚,姜文忠. 煤层瓦斯卸压抽放动态过程的气-固耦合模型研究[J]. , 2010, 31(7): 2247 -2252 .
[7] 胡秀宏,伍法权. 岩体结构面间距的双参数负指数分布研究[J]. , 2009, 30(8): 2353 -2358 .
[8] 李卫超,熊巨华,杨 敏. 分层土中水泥土围护结构抗倾覆验算方法的改进[J]. , 2011, 32(8): 2435 -2440 .
[9] 张桂民 ,李银平 ,施锡林 ,杨春和 ,王李娟. 一种交互层状岩体模型材料制备方法及初步试验研究[J]. , 2011, 32(S2): 284 -289 .
[10] 王 伟 李小春 李 强 石 露 王 颖 白 冰. 小尺度原位瞬态压力脉冲渗透性测试系统及试验研究[J]. , 2011, 32(10): 3185 -3189 .