高速铁路无砟轨道地基泥岩膨胀性分类分级研究

红层泥岩是一种典型侏罗系沉积岩,其含有微量黏土矿物,易遇水软化、失水崩解,具有一定膨胀性,是引起兰新高速铁路路基持续上拱变形的一个重要因素,故重新判定该种土体膨胀性对高速铁路无砟轨道设计和施工具有重要意义。为此,选取等效蒙脱石含量、阳离子交换量、自由膨胀率和液限为泥岩膨胀性判别指标,通过兰新高速铁路上拱地段大量钻孔实测资料,提出了泥岩膨胀等级分级标准,采用改进层次分析法、基尼系数法和直觉模糊理论确定了判别指标组合权重,基于逼近理想解排序法(TOPSIS法)建立了泥岩膨胀性直觉模糊综合评价模型。结果表明：直觉模糊综合评价模型将泥岩膨胀性进行了定量化,克服了同一试样不同指标属于不同等级判别缺陷;室内膨胀量试验验证了膨胀等级分级标准和直觉模糊综合评价模型对兰新高铁地基泥岩适用性和准确性。研究成果对地基红层泥岩高速铁路路基长期持续上拱变形风险评估和工程控制措施提供技术支撑。     

南宁第三系浅表层风化泥岩物理力学及膨胀特性指标分析

通过对南宁市201个工程第三系泥岩资料进行的分析,对各物理、力学及膨胀性指标进行统计研究,为南宁盆地地下工程的参数选取提供参考。研究表明,南宁第三系浅表层风化泥岩物理指标变异性较小,尤其在95%置信区间取值范围偏差较小,在参数分析时可作为常量考虑; 而力学指标和膨胀特性指标数据变异性较大,需要考虑其差异性。南宁第三系泥岩具有抗压强度高,压缩性低,抗剪强度高,黏聚力大的特点。膨胀特性指标方面,南宁第三系泥岩的自由膨胀率与其他城市膨胀岩土相比偏低,为弱膨胀性岩土; 膨胀力因岩组成因和风化程度不同差异较大,建议在参数选取时针对具体工程考虑。     

南宁第三系浅表层风化泥岩物理力学及膨胀特性指标分析

通过对南宁市201个工程第三系泥岩资料进行的分析,对各物理、力学及膨胀性指标进行统计研究,为南宁盆地地下工程的参数选取提供参考。研究表明,南宁第三系浅表层风化泥岩物理指标变异性较小,尤其在95%置信区间取值范围偏差较小,在参数分析时可作为常量考虑;而力学指标和膨胀特性指标数据变异性较大,需要考虑其差异性。南宁第三系泥岩具有抗压强度高,压缩性低,抗剪强度高,黏聚力大的特点。膨胀特性指标方面,南宁第三系泥岩的自由膨胀率与其他城市膨胀岩土相比偏低,为弱膨胀性岩土;膨胀力因岩组成因和风化程度不同差异较大,建议在参数选取时针对具体工程考虑。     

泥岩地基中黏土矿物含量对高速铁路无砟轨道膨胀潜势的影响

为研究低黏土矿物含量泥岩地基中不同黏土矿物含量对高速铁路无砟轨道路基膨胀潜势、膨胀上拱变形量的影响,对既有规范针对无砟轨道膨胀土判定分级方面进行补充和完善,选取25处典型路基上拱病害段泥岩样进行X射线衍射实验,优化级配的自由膨胀率实验及阳离子交换量实验,采用主成分分析法（PCA）提取累计方差解释量90.098%进行降维分析,并结合实际工程进行等级区间划分。结果表明:PCA可排除各因子间的共线性对模型结果的影响,在统计意义的基础上采用三因子能够正确表征膨胀土膨胀潜势与微观因子间良好的线性关系;通过简化、优化物理指标得到的膨胀土膨胀特性判定指标F,与实际轨道上拱量的Person相关性提高至0.902;依据线路实际膨胀情况和F划分的膨胀等级区间较既有规范判定准确度明显提高。研究结果可为该高速铁路沿线膨胀土判别和灾害防治提供参考和理论支撑。     

引江济汉工程渠坡膨胀土分级评价量化模型研究

膨胀土的膨胀潜势由于受到诸多因素的控制,其量化分级长期以来都是一个未能得到很好解决的难题。本文以南水北调中线引江济汉工程渠坡膨胀土为研究对象,通过对试验数据的分析,给出了膨胀土分类的建议取值;依据该分类标准,综合人工神经网络、Fisher判别分析以及粗糙集理论3种数学方法,对40组土样的膨胀等级进行了综合性指标的判别分析,通过比较研究,确定了最终的分级结果;根据每种数学方法的判别结果与操作方法,基于理论相对简单、操作简便、易于为广大科研工作者接受的原则,建议优先考虑Fisher判别方法对膨胀土进行分级评判;结合样品的蒙脱石含量,给出了分级标准的建议值,验证了膨胀土分级数学方法的可靠性,从而为引江济汉工程后续开挖渠道段膨胀土的分类及判别提供了理论依据。     

南宁轨道交通一号线穿越膨胀岩区工程详勘探讨

通过分析南宁盆地第三系泥岩工程地质及水文地质条件,并结合南宁轨道交通工程建设特点,探讨了1号线穿越膨胀岩区的岩土工程勘察方法、试验项目及相关注意事项。提出了南宁轨道交通穿越膨胀岩区详细勘察中对钻孔间距及封孔要求、现场描述等内容;其中对室内试验建议补充岩石矿物的鉴定、吸水率和饱和吸水率试验、耐崩解试验、膨胀性试验;原位试验项目建议增加地应力试验、现场基床系数K_(30)试验、现场浸水载荷试验、水平膨胀力试验项目。并针对一些特殊勘察项目,如现场测定基床系数K_(30)、热物理指标及水平膨胀力等提出一些建议。     

泥质膨胀岩崩解物粒径分布与膨胀性关系试验研究

崩解性是膨胀岩最基本的特性之一,但在膨胀岩膨胀性的快速判别指标中少见关于崩解性及崩解物的定量指标。因此,有必要开展膨胀岩崩解物粒径分布特征和崩解性与膨胀性之间关系的研究,以对膨胀岩的快速判别进行补充。以浙江台州黑洞、蛇蟠岛和新疆大阪隧洞泥质岩样品为例,进行了干燥饱和吸水率和干燥饱和崩解试验,并分析了干燥崩解物粒径分布特征、耐崩解性指数及其与基于干燥饱和吸水率的膨胀性判别结果之间的关系。结果表明,膨胀岩膨胀性的强弱与其崩解物的最大含量粒组颗粒粒径、有效粒径和耐崩解性指数呈反相关关系。膨胀岩崩解物粒径分布的差异性对其膨胀性具有一定的指示意义。     

利用原子力显微镜探针刺入测试黏土颗粒水化膜厚度的试验研究

黏土颗粒水化膜厚度问题是泥质膨胀性岩土膨胀机制研究的理论基础。关于黏土颗粒水化膜厚度测试资料较为丰富,但通过原子力显微镜测试黏土颗粒水化膜厚度的研究成果还较为少见,且在测试方法方面尚不完善。基于3层水化膜结构模型和原子力显微镜测试技术,通过对蒙脱石粉末、泥岩粉末、泥岩岩片3种样品的测试研究,提出了水化膜厚度刺入式测试方法、粉末样和岩石样的制样方法、试验数据的统计处理方法。总结了水化膜厚度测试曲线自由水段、弱结合水段、强结合水段、黏土颗粒段的变化规律。通过和既有研究成果的对比分析,论证了原子力显微镜刺入测试黏土颗粒水化膜厚度的合理性与可行性。结合工程实践,探讨了定量化获取水化膜厚度在理解泥质膨胀性岩土膨胀机制方面的工程意义和理论价值。     

投影寻踪模型在膨胀岩判别与分级中的应用

由于泥质岩富含黏土矿物,尤其是成岩程度较低的中新生代泥质岩常具有显著的膨胀性,而成为膨胀岩的主要类型。在对现有膨胀岩判别指标进行全面分析后,提出以蒙脱石含量、胶结系数和比表面积作为泥质岩膨胀性判别与分级的三大指标。基于投影寻踪模型方法,以新疆大坂隧洞工程中采集的20个泥质岩样为样本进行了分析。根据20个样本最优投影值的移动平均趋势线,该处泥质岩的膨胀性可分为非膨胀、微膨胀、弱膨胀和强膨胀4个等级。与较为常用的岩块干燥饱和吸水率指标判别结果基本一致,结果表明,所选指标和方法是可靠的。     

岩石膨胀性试验注意事项探讨

从室内试验的角度来探讨几类工程勘察中岩石常用膨胀性试验(自由膨胀率、膨胀力、侧向约束膨胀率、耐崩解)的注意事项,从野外取样、标准样品制取、试验操作、方法选择等方面进行了论述,力求减小试验误差,提高膨胀岩的试验水平,保证试验结果的准确性,并使膨胀岩膨胀性指标的测定方法更臻完善。     

三峡库区巴东地区紫红色泥岩的崩解特性研究

在地制裁调查及大量岩土实验的基础上,研究了巴东县新城区中三叠统巴东组二段T2b^2紫红色泥岩的膨胀崩解特性。测定了强风化泥岩的矿物及化学成分,对岩石在不同状态和不同浸水时间条件下表现出的快速胀裂、崩解现象进行了细致观察,同时对不同浸水状态的岩石进行了强度试验,发现该区紫红色泥岩风化后具有微弱的膨胀性,以及沿微裂面快速崩解的特性,其膨胀崩解特性与岩石的物理状态密切相关。     

石鼓煤矿泥岩的物理化学力学特性研究

本文对石鼓煤矿具有代表性的三种泥岩的矿物组成、物理力学性质、物理化学因素、胶结物质和微观结构的测试和分析进行了介绍,并从物理化学力学观点出发研究了水质变化、风干失水、结构破坏等因素对泥岩膨胀性的影响。研究结果表明:泥岩的粘士矿物以高岭石和伊利石为主;其膨胀力为2～5公斤/平方厘米;粘土矿物含量高,结晶不良,胶结物质少,结构紧密是它产生膨胀且易受物理化学力学因素变化的影响的主要原因。     

某膨胀性泥岩强度特性室内试验研究

通过室内试验,对合肥地区某膨胀性泥岩重塑样在不同初始状态及不同压力下吸水膨胀后的强度变化规律进行研究。研究表明:该膨胀性泥岩重塑样的黏聚力随含水率的增加先增大后减小,含水率约18%时黏聚力出现峰值;膨胀性泥岩重塑样吸水饱和后的黏聚力和内摩擦角随浸水时上覆压力的增加而增加,二者近似成幂函数关系变化。     

红层泥岩三轴膨胀力的试验研究

针对现有规范中红层泥岩膨胀力测试结果偏小问题,自主研制了膨胀性岩石三轴膨胀力测试装置。采用先放试样后加约束的方式克服了岩石与容器壁有释放变形空隙的局限性,解决了膨胀力测试结果偏小的问题。通过膨胀土和红层泥岩三轴膨胀力的测试研究,检验了三轴膨胀力测试装置的合理性和有效性,初步总结了红层泥岩三轴膨胀力的变化规律。研究结果表明:三轴膨胀力测试装置及其测试方法能够克服传统固结仪试验方法的局限性,具有较好的实用性,可以适用于膨胀土和膨胀岩三轴膨胀力的测试;红层泥岩三轴膨胀力多数是在MPa的量级,传统固结仪测试的膨胀力多数是kPa量级,更新了现有红层泥岩膨胀力较小的认识;通过对试验结果的分析和膨胀后试样的观察,发现红层泥岩的膨胀机制与膨胀土的膨胀机制是不同的;红层泥岩主要是新鲜岩石表层吸水膨胀、泥化崩解,泥化层剥蚀后,新鲜面再次吸水膨胀、泥化崩解,这是一个逐层循环膨胀的过程。     

山东省莱肥公路膨胀性路基段的大修措施研究

山东省莱肥公路泰莱交界至范镇段，全长约4km，路面多处出现破损、龟裂、冒白、翻浆等病害，为查明病毒原因，布设了9个勘探点，并在不同地基土中取土样26件，分别做击实实验及标准贯入试验，查明该路段基底粘性土具吸水膨胀和失水收缩的弱一中等潜势膨胀性。针对路面不同病害，提出了6条大修措施和建议。     

膨胀土的电导率与膨胀性的关系研究

膨胀土是一种高塑性、强亲水的黏性土。由于黏土矿物含量较高,膨胀土颗粒的交换阳离子含量也较高,总比表面积较大,在电导率测试指标上反映是膨胀土的导电性随膨胀性的增大而增强。选取强、中、弱3种不同膨胀等级的代表性试样,采用无电极电阻率测定仪和便携式电导率探头,测试了膨胀土泥浆和孔隙水溶液电导率测试,采用原子吸收光谱仪检测了膨胀土孔隙水溶液中的离子种类、含量等。研究表明,膨胀土孔隙水溶液的导电性与膨胀土泥浆的导电性均随膨胀性增大而增大,膨胀土的电导率和自由膨胀率具有良好的线性关系,工程中可以利用这一原理进行膨胀土的快速判别。     

南阳膨胀土的工程地质特征和填筑适宜性

施工阶段的工程地质调查发现,宁（南京）西（西安）铁路内乡-镇平段南阳膨胀土成因类型上不仅有第四系冲积洪积粘土,而且发育上第三系湖相沉积粘土。不同成因的膨胀土具有不同的空间分布特征和工程性质,X射线衍射测试表明,南阳膨胀土的主要膨胀性粘土矿物是伊利石/蒙脱石混层矿物。物质组成和物理化学性质差异导致击实土在含水量变化条件下膨胀力和膨胀变形有明显的差别;对同一种膨胀土材料,其击实含水量越小,膨胀性越强,甚至含水量降低1 %～2 %,膨胀力就可以增加到200 %以上;击实膨胀土的直剪强度受到钙质结核含量的影响,对于膨胀势为高或强的膨胀土,结核含量小于15 % 时,经过干湿循环后直剪强度衰减量为40 %～65 %,结核含量为25 %～30 % 的强膨胀土直剪强度衰减量则低于30 %;对膨胀土的地质特征、工程性质、击实土的膨胀性和直剪试验结果进行分析,探讨其用于填筑铁路路基的适宜性,进行了填筑适宜性分级。依据研究成果制定的路基施工工艺取得了比较理想的工程效果     

膨胀土的电导率与膨胀性的关系研究EI北大核心CSCD

膨胀土是一种高塑性、强亲水的黏性土。由于黏土矿物含量较高,膨胀土颗粒的交换阳离子含量也较高,总比表面积较大,在电导率测试指标上反映是膨胀土的导电性随膨胀性的增大而增强。选取强、中、弱3种不同膨胀等级的代表性试样,采用无电极电阻率测定仪和便携式电导率探头,测试了膨胀土泥浆和孔隙水溶液电导率测试,采用原子吸收光谱仪检测了膨胀土孔隙水溶液中的离子种类、含量等。研究表明,膨胀土孔隙水溶液的导电性与膨胀土泥浆的导电性均随膨胀性增大而增大,膨胀土的电导率和自由膨胀率具有良好的线性关系,工程中可以利用这一原理进行膨胀土的快速判别。     

压实作用对泥岩膨胀性及水分迁移影响

为研究压实作用对泥岩膨胀性及水分迁移的影响,将碾碎过筛泥岩以不同干密度分层夯实到自制试验箱中进行试验,采用高精度位移传感器和TDR-4型湿度传感器进行数据采集,并采用体式显微镜对泥岩颗粒进行微观结构分析。研究结果表明:不同压实作用下泥岩膨胀过程均经历初期快速陡增阶段、中期膨胀减缓阶段和后期膨胀稳定阶段;体积含水率增大过程均经历跳跃式快速增长阶段、外凸弧线缓慢增长阶段和后期稳定阶段;随着干密度的增加,其稳定膨胀量和稳定膨胀率近似呈线形增加;水分在泥岩中的迁移与泥岩自身膨胀挤密和大气影响深度相关,干密度越大,膨胀挤密效果越明显,大气影响深度越小,其水分迁移速度越小;泥岩颗粒孔隙较为发育,连通性较好,可为水分迁移提供通道;泥岩浸水膨胀后呈泥质状态,颗粒间黏结发生破坏。研究可为膨胀泥岩地区高速铁路的修建提供参考依据。     

干湿作用下受荷石膏质泥岩的不可逆膨胀特征

为研究干湿作用及应力状态对石膏质泥岩膨胀性的影响,采用自行设计的试验装置对采自平-绵高速公路天水2号隧道的原状岩样进行荷载耦合的干湿循环试验,就循环过程中及干湿循环后泥岩的宏观膨胀规律和细观膨胀机制进行分析。研究结果表明：（1）该试验装置可以实现干湿循环与特定应力状态（侧限压缩）的全过程耦合,且试样无自由表面,与地下岩体真实赋存状态较为接近;（2）当法向压力小于试样膨胀应力时,第1次吸水后试样有明显膨胀变形,在排水固结后可恢复的变形比例较小,而继续干湿循环,试样的胀缩变形将不再明显;（3）第1次干湿循环后,泥岩内矿物由颗粒胶结状态退化为絮状堆积状态,黏土化趋势明显,膨胀应力下降比例超过80%;(4)增加法向压力虽然可以减小甚至消除干湿循环过程中石膏质泥岩的膨胀变形,但无法抑制其细观结构的劣化;（5）通过有荷载的干湿循环,以一定的围岩变形为代价,可以减弱石膏质泥岩的膨胀性,但需要注意干湿循环也会降低石膏质泥岩的抗剪强度。上述结论对于石膏质泥岩地区隧道建设及地质灾害防治具有一定的指导作用。