文摘
为了研究海拔满足耐久性指数的影响的石英云母片岩、石英云母片岩和不同海拔高度的东斜坡Manjiazhai露天矿为研究对象,基于实验室测试和统计分析,变异解性指数和高程之间的负相关。石英云母片岩的衰变机制在不同的海拔也进行了讨论。试验结果表明,石英云母片岩的衰变特性在不同海拔高度有关其矿物组成,裂隙通道大小,和岩石损伤的效果。随着边坡高度的增加,岩石的云母石英比的增加,岩石的孔隙度越大,岩石的裂缝,渗透系数越大,更明显的变化下的岩石有效应力渗透压。同时,露天矿的边坡高度越高,岩石的风化作用时间越长,累积伤害越高的岩石,岩石满足耐久性指数越低。本研究为指导研究提供了一个新想法的衰变特性类似的软岩斜坡在垂直方向。
1。介绍
软岩是一种常见的岩体边坡工程。温度变化的共同作用下,雨水渗透,边坡岩体容易风化和解体。这个过程的特点是降雨蒸发干湿循环效应(1),导致显著降低岩体的抗剪强度2)和影响边坡的整体或局部稳定性。因此,边坡软岩的崩溃特征直接关系到边坡的整体稳定性和支持的设计方案。
软岩的解体是一个物理现象和复杂的机制。为了揭示这种机制,一些研究人员进行测试岩石破碎的衰变过程的变化规律等宏观条件下的周期,数量质量的水力特性,瓦解残留物(3,4]。同时,x射线衍射、压汞试验、和CT扫描是用来研究物质组成、裂缝延伸度和孔隙比软岩解释解体的内部因素(5- - - - - -7]。
软岩粒子的衰变,岩石破碎是其内部微裂隙的结果继续发芽,开发、扩大,收集、渗透,最终分解成小块。这个过程从microdamage到宏观裂缝分形属性(8]。因此,许多研究人员介绍了分形理论来分析软岩的粒度变化过程解体从多个角度,计算分形维数来描述蜕变的过程,并提出了多种基于岩体分形分布模型(9- - - - - -11]。
此外,大量的研究已经进行水变化的影响,温度变化和环境pH值变化对岩石破碎岩石所在环境中的性能。例如,Huseyin [12)结合冻融循环和热冲击测试和研究安山岩的解体阻力在土耳其。此外,邓et al。13]分析了岩石粒子衰变过程的分形演化规律在不同pH值的环境,这是发现,酸性溶液加速粒子衰变分形维数的增长。
从能源的角度来看,软岩的蜕变过程是一个能量耗散的过程(14),能量耗散特性的分析可以加深对岩石破碎和断裂过程的理解。一些研究人员研究和总结了各种方式的能量传递,转换,和耗散在软岩解体的过程中,建立了相关的能量耗散模型,指出,表面能的变化会导致岩石破碎(15,16]。
上述研究主要集中在化学成分的影响,结构特点,衰变特性,分形特征和能量角度对岩石破碎特征。很少有报道海拔崩溃阻力指数的影响石英云母片岩。因此,本文以石英云母片岩的斜率Manjiazhai露天边坡为研究对象,研究石英云母片岩的解体阻力特性在不同海拔地区通过恶化测试,统计分析和机理分析。研究岩石破碎特征在垂直方向旨在提供宝贵的研究人员设计的边坡稳定和保护措施。
2。实验
2.1。工程地质
Manjiazhai露天位于云南省西南边境,与越南接壤,它属于亚热带高原季风气候。降雨主要集中于5月到10月,最大降雨量是7月,平均年降雨量为1366毫米。矿区是一个大型露天采场,东方的地形斜率是西南高东北低。最低开采海拔为910米,最大矿业海拔是1360米,最大高差450米。东斜坡人造斜坡地形,最大坡度高达300米,斜率是大约39°多个步骤的组合。单个步骤的高度大约是30米,坡度角的一步是大约50°-70°,见东斜坡的地形图,见图1。边坡的工程地质岩性复杂;受开采顺序,风化程度的斜率是不同的从上到下。东边坡的岩体结构是床上用品,浅层岩体是由石英云母片岩。在该地区,有一个南北趋势F0与西断层倾角的40-55°。F的上面0故障是由石英云母片岩、大理石、和矽卡岩广泛分布在各个部分的斜率。F0断层下盘是片麻岩,见东斜坡的地质剖面,见图2。因为东斜坡主要是石英云母片岩,低强度,容易风化,和裂缝发展,边坡岩体非常破碎,和很容易崩溃的影响下的雨水和平台开挖,导致边坡不稳定。
2.2。测试设计
2.2.1。现场抽样设计
根据现状东斜坡Manjiazhai露天,七组的岩石样本选择的海拔1040米,1080米,1120米,1170米,1230米,1280米,1310米的斜坡剖面线位置从下到上。崩溃性试验进行了七组的岩石样本。采样位置的示意图如图3和现场取样和测试流程如图4。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
2.2.2。设计的测试周期
解性测试是一个过程,岩石反复干湿循环环境中的干扰使岩石达到崩溃的状态。这个过程的目的是模拟岩石经历的实际情况在自然条件下太阳和下雨。根据Manjiazhai露天的降雨,这一地区的年降雨量主要集中在7月。在这篇文章中,平均总降雨量多年来约为350毫米(7月17]。假设每个降雨50 mm,雨号码是7倍;因此,七个周期室内满足耐久性试验设置。
2.3。研究方法和结果
不同海拔的岩石样本被放置在室内环境中,和国家的岩石暴露在阳光和雨水被消除模拟耐久性测试仪器。为每个岩石样品7个干湿交替进行,并满足耐久性指数计算根据(18] 在哪里是岩石(7)周期解性指数(%),干燥质量(g)的原始样本,然后呢剩余样品的干燥质量(g)后7个周期。不同海拔高度的满足耐久性测试结果样本如表所示1。根据测试结果,满足耐久性指数之间的关系曲线石英云母片岩和周期数在不同的海拔Manjiazhai露天边坡的绘制在图5。
如图,有一个满足耐久性指数幂函数关系我和周期的数量N,相关性相对较高。的关系表达式 (一个和b系数)。可以看出,随着海拔的增加样品的位置,选择值一个和b通常减少。它可以从图5海拔越高,满足耐久性指数越低的岩石样本,也就是说,海拔越高,越容易岩石风化和瓦解,这可能与开挖的顺序。此外,边坡岩体的海拔越高,曝光时间越长标高开挖后,和干湿循环的时间越长,满足耐久性指数越低。
3所示。统计分析
根据测试结果表1SPSS (19)软件被用来进行统计分析我第七解性指数的变化规律和在不同的海拔高度H(石英云母片岩东Manjiazhai露天边坡。结果如表所示2,可以从分析获得以下关系:
根据分析结果,(1)确定系数是0.930,调整系数为0.916。回归方程具有良好的拟合精度。(2)P值小于0.05,表明该回归拟合模型具有显著的统计学意义在0.05水平。(3)高程满足耐久性指数有显著影响的石英云母片岩,并与高程满足耐久性指数负相关。
4所示。机理分析
岩石破碎矿物成分密切相关,联合骨折开发程度,结构特点,岩石的物理和机械性能(20.]。因为露天边坡是由多级长椅上斜坡,上层的暴露时间较长和较低的层的暴露时间相对较短的板凳上边坡开挖后,导致不同程度的风化的岩石在不同的海拔高度。同时,由于岩石孔隙的存在形成渗流通道,雨水逐渐浸润,岩石内部的局部应力变化,产生累积损伤效应的岩石。受海拔高度的影响,各地区发展岩石孔隙度是不同的,有差异的雨水进入后渗流路径和速度。岩石损伤的累积效应在不同地区是不同的,最终会导致不同的衰变性质的岩石从上到下。因此,本文分析了海拔高度对岩石破碎机理的影响从三个方面,即:岩石材料组成,内部断裂通道渗流和岩石累积伤害。
4.1。矿物成分分析
与石英片岩相比,云母片岩明显严重分裂,瓦解的粒子大小也更广泛。石英云母片岩是一个典型的片岩,区别于层理或由其独特的层状岩石片理结构。本文选择五种片岩不同的明显特征,和薄片鉴定结果和分析不同矿物组成的片岩如表所示3和图6。
从表可以看出3,在石英云母片岩的矿物组成不同的海拔,石英含量是26% -48%和云母含量45% - -60%。此外,还有少量的改变黑云母,云母、绿泥石、铁蛋白。根据识别、岩石变形结构、矩阵结构颗粒层状变质。矩阵主要由混合分布的片状晶体莫斯科0.05 - -0.2毫米,粒状变质石英,几丝云母和铁泥质。连续定向排列的鳞片状结晶莫斯科形成片状结构。石英已经完全再结晶成其颗粒形状和层间的一条直线。
从图可以看出7,随着海拔高度的增加,成分含量云母石英比增加,并且由于微裂隙在片岩主要分布的边缘云母矿物和影响片状云母的定向排列,孔隙度正比于云母矿物内容和规模增长21]。因此,海拔越高,孔隙度越大在石英云母片岩。
4.2。渗流分析断裂通道
岩石的宏观失效主要是基于微裂缝界面的变化,和雨水的无序发展轨迹在断裂通道导致微裂缝通道的结构大小的变化。因此,石英云母片岩的蜕变过程是显微镜下在岩石断裂的规模扩张过程界面,如图8。显微镜下,石英云母片岩等硬部分主要由石英和云母等薄弱部位和孔隙缺陷(22]。有大量的岩石孔隙缺陷,它提供了一个渠道雨水进入岩石。在这些复杂的孔隙网络结构与水接触后,水分子很快就被岩石孔隙缺陷吸收,形成孔隙水压力。孔隙水压力促进原始裂纹的传播和新裂纹的起始。孔隙水压力降低结构单元之间的接触力和促进骨折渠道的不断增加23,24]。
如图8(a), microseepage通道内岩石的路径是随机的。根据石英云母片岩的微观结构,孔隙通道的模型可以相当于microseepage路径。微粒相当于两个薄板根据石英云母,和两层板之间的水流,如图8(c),岩石的孔隙大小的微孔结构在受到孔隙压力变化,导致液体流动状态的变化。如图8(d),假设等效断裂通道的宽度b,断裂通道的渗透系数是25] 在哪里裂缝介质的渗透性和吗裂缝宽度。岩体断裂的媒体,渗透系数可以表示为
渗透压下,通道直径增加来和增加到 次了。由于渗流速度 ,在哪里渗透系数和吗水力梯度,是吗 ,渗流速度可以表示为
根据(6),其他参数不变时,渗流速度随孔隙宽度的增加。根据岩石渗透系数与有效应力之间的关系, 的渗透系数是 , 有效应力,是断裂分布的分形维数密度。可以看出,当渗透系数变化时,岩石内的有效应力也将改变。
通过微观裂缝渗流分析石英云母片岩,弱结构接口通道在岩石孔隙缺陷等内在因素导致岩石破碎,孔隙水压力是岩石破碎的外部力量。因素,如渗流通道的扩张规模和渗流速度的加速岩石最终导致岩石的解体和失败。由于岩石的风化程度在不同海拔不同,微裂缝的发展程度和微裂缝岩石的渗透系数是不同的,最终会导致不同的岩石电阻崩溃。
4.3。分析岩石损伤的效果
阳光和雨水的自然可以通过干湿循环的特征,也就是说,岩石受到雨水侵蚀和阳光干燥的交替26]。这种效应会导致岩石损伤积累,造成强度退化的边坡表面的岩石和土壤质量。露天边坡的开挖并不是一夜之间完成,但遵循一定的顺序,斜率是挖掘从上到下。因此,曝光时间上板凳坡长和下部的短,导致不同时间长度的斜率岩石受到wet-dry骑自行车;,有一个空间老化的岩石破碎能力相同的斜率差从上到下。岩石边坡开挖和累积时间的关系如图9。假设边坡岩石的风化时间是一个时间序列,时间节点的第一,第二,和Nth步骤是 , ,和 ,分别和每一步的曝光时间跨度从上到下 ,曝光时间的步骤在本质上具有以下关系
自循环的数量和显示一个指数关系的价值随的增加而减小 ,在哪里D是损害因素(27),所以随循环数的增加 。曝光时间的长度的岩体转化为湿润和干燥的循环次数。根据先前的研究,第一步已经曝光时间最长的,也就是说,湿润和干燥周期的数量是最大的,和Nth一步最短曝光时间和最少的周期,也就是说, 。根据周期的数量之间的关系和损失金额上面提到的, 。
大的岩体损伤积累的能力抵抗风化作用相对较弱,和水更敏感,而扩张效应逐渐增强。早期暴露的岩石,更糟糕的是它崩溃电阻(28]。因此,边坡高度的方向,不同的岩石损伤效应导致崩溃的规律性变化阻力指数,即 。
5。结论
露天采矿的多级组合台边坡为研究对象,石英云母片岩的崩溃阻力特性在不同海拔高度由室内崩解试验研究,统计分析和机理分析。结论如下:(1)使用SPSS软件进行统计分析之间的变化规律解体石英云母片岩和高程,指数和高程之间的关系表达式,石英云母片岩的分裂指数。有一个分裂指数和高程之间的负相关。(2)通过识别和分析石英云母片岩薄片在不同的海拔,众所周知,岩石的矿物成分主要有石英和云母、石英含量的26%∼48%,云母含量是45%∼60%。随着海拔高度的增加,云母和石英的比率增加,以及石英云母片岩的孔隙度也增加。(3)弱结构接口材料组成和孔隙等缺陷渠道在石英云母片岩是内部因素导致其崩溃。宏观上,岩石在不同的海拔都受到不同的风化度,导致常规岩石局部损伤的变化。在多种因素的共同作用下,岩石边坡表面的瓦解能力逐渐减弱的脚趾从顶部斜率,并满足耐久性指数增加。
数据可用性
实验和理论数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
本文中提到的工作是财务支持由中国国家自然科学基金(没有。51964023)。这种支持。