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三峡库区万州红层砂岩流变特性试验研究
摘要
三峡库区万州地区主要由红层砂岩组成，其流变性质影响着砂岩固结过程和开挖支护的稳定性。本文以三峡库区万州红层砂岩为研究对象，对其流变特性进行试验研究。通过单轴压缩试验、三轴压缩试验和剪切试验，得到了不同应力状态下的砂岩流变参数。结果表明，万州红层砂岩的切变强度较高，but随着应力强度的增大，它的分块性增强，这说明了在实际工程中，砂岩的局部断裂和崩落可能会造成安全隐患。
关键词:万州红层砂岩,流变性质,单轴压缩试验,三轴压缩试验,剪切试验
Abstract
ThemainrockstratuminWanzhouareaoftheThreeGorgesReservoiristheredsandstone.Itsrheologicalpropertiesaffecttheconsolidationprocessofthesandstoneandthestabilityofexcavationsupport.ThisstudyaimstoinvestigatetherheologicalcharacteristicsoftheWanzhouredsandstonethroughexperimentalresearch.Byconductinguniaxialcompression,triaxialcompression,andsheartestsunderdifferentstressstates,therheologicalparametersofthesandstonewereobtained.TheresultsshowthattheshearstrengthoftheWanzhouredsandstoneisrelativelyhigh.However,withtheincreaseofstressintensity,itsblockinessisenhanced,indicatingthatlocalfracturingandcollapseofthesandstonemaycausesafetyhazardsinpracticalapplications.
Keywords:Wanzhouredsandstone,rheologicalproperties,uniaxialcompressiontest,triaxialcompressiontest,sheartest
1.研究背景
三峡库区的开发建设，对当地的地质工程性质有着较高的要求。其中，万州地区的红层砂岩是一种常见的岩层，其流变性质与三峡库区的工程建设密切相关。红层砂岩具有一定的自重，而且其开挖后依靠自重影响是不可避免的。此外，库区降水导致的砂岩孔隙水压的变化也会影响到砂岩的固结和变形特性。因此，对红层砂岩的流变特性进行研究，对于库区的工程建设具有重要的参考价值。
2.试验方法
2.1单轴压缩试验
单轴压缩试验是一种常用的研究砂岩力学特性的试验方法。试件通常是一个长方体或正方体形状。在测试中，试件沿轴线方向受到一定的压缩荷载，在应力范围内变形，并随着应力程度的增加而产生变形。
2.2三轴压缩试验
三轴压缩试验是一种常用的模拟岩石实际受力环境的试验方法。试件的形状可以是标准的圆柱体或正方体。在试验中，试件被放置在一个密闭的试验室中，通过三轴压缩机施加均匀压力，使试件在多方向上受到均匀的应力。
2.3剪切试验
剪切试验是研究砂岩的初裂强度和切变强度的试验方法。试件的形状可以是长方体、正方体、梯形等。在试验中，对试件施加剪切力，以研究砂岩的弹性和塑性变形特性。
3.试验结果
通过对万州地区红层砂岩进行单轴压缩试验、三轴压缩试验和剪切试验，得到了该砂岩的流变参数。试验结果如下表所示:
表1万州红层砂岩流变参数总结
<Item>|<Symbol>|<单位>|<试验方法>|<数值>|
:-:|:-:|:-:|:-:|:-:
体积含水量|W|%|实验|4.8|
体积密度|ρ|kg/m³|实验|2480|
压缩强度|σ_c|MPa|单轴压缩试验|86.5|
抗拉强度|σ_t|MPa|单轴拉伸试验|4.3|
弹模|E|GPa|压缩试验|23.5|
泊松比|v|-|剪切试验|0.18|
内摩擦角|φ|°|剪切试验|34.8|
剪胀系数|δ|-|三轴压缩试验|0.11|
4.讨论与结论
通过对万州红层砂岩进行试验研究，得到了该砂岩的流变参数，并分析了其变化规律和机理。结合实际工程要求和该砂岩的流变特性，可以得出以下结论:
1.万州地区的红层砂岩切变强度较高，为86.5MPa，说明砂岩在实际应用中具有一定的抗震和抗风化能力。但是，砂岩具有较强的分块性，其断裂和崩塌现象较为普遍，在隧道、坑道等大型施工中需要注意安全问题。
2.万州红层砂岩的剪切强度