基于单三轴试验与直剪试验的层状软岩模拟

摘要

为探究模型试验中层状软岩模拟方法，依托九绵高速层状软岩隧道现场取样的室内试验结果，多次试验确定重晶石粉、石英砂、石膏粉、滑石粉和水的最优配比以模拟软岩基体，采用带孔薄膜模拟层理弱面的黏结作用，并通过直剪试验确定孔隙率，最后对不同层理角度与层理厚度的试样开展直剪与单、三轴试验以反映各向异性情况。结果表明：软岩基体模拟最优配比为0.55:0.15:0.07:0.06:0.17，重晶石粉对强度及破坏变形起决定作用，含量过低易压溃，含量过高产生上下贯通裂缝；采用30%孔洞率的薄膜模拟层理效果最佳；土样强度随层角呈U形变化，层厚减小（不小于2 cm），强度减小。直剪试验中，45°层理剪切面朝层理方向倾斜，90°层理导致剪切面上下产生裂缝与碎裂，单三轴结果中，0°层理会产生小角度倾斜裂缝，45°层理产生垂直层理面的斜裂缝及二次破裂，90°层理产生顺层理的竖向劈裂；与现场结果对照后确定最优层厚为3 cm，对层角与层厚的直剪与单三轴试验结果整体一致，揭示土样孔隙压密闭合-弹性-塑性胀裂破坏-徐变的过程。