膨胀岩崩解特性的干湿循环效应与粒度熵表征

膨胀岩是一种特殊软岩,在干湿循环作用下容易崩解泥化。针对延吉膨胀岩,开展干湿循环作用下膨胀岩浸水崩解试验,研究其粒径变化规律。根据干湿循环后粒径分布,引入标准基础熵表征膨胀岩崩解特性,并与崩解比进行类比分析。研究结果表明:各粒组含量在前3次干湿循环中变化较大,第3次干湿循环后逐渐趋于稳定;随着干湿循环次数的增加,粗颗粒含量逐渐减少,细颗粒含量增加,土颗粒大小经历了由均匀到不均匀,再到均匀的过程;标准基础熵与崩解比存在明显的线性负相关关系,标准基础熵随着崩解比的增大而减小,表明利用标准基础熵表征颗粒分布规律是合理可行的;随着干循环次数的增加,标准基础熵先减小,后逐渐稳定,与级配曲线及其衍生指标变化规律相同,再次验证该方法的可行性和适用性,为膨胀岩的崩解破碎分析提供一种新的量化指标;膨胀岩路堑边坡开挖以后,应及时采取防水保湿措施,防止发生崩解泥化现象。     

关于粘土岩崩解，泥化机理的讨论

分析研究了水利，采矿，地下等工程中常见的粘土岩，泥岩等的泥化，及开挖暴露后的吸水崩解现象，讨论了粘土岩等泥化及崩解的物理化学和力学作用机理，特别是对含胀缩性蒙脱石矿物的粘土岩，还从粘土岩的力学强度特性讨论了他们的泥化崩解问题，系统深入地阐述了粘土岩等泥化，崩解机制。     

红层软岩遇水崩解特性试验及其界面模型

红层软岩遇水崩解是引发工程灾害的重要原因。红层软岩遇水崩解缘于水作用下软岩细观成分组构的变化,但目前软岩崩解特性定量表征研究多根据宏观现象,所得到的崩解模型难以对软岩崩解的细观过程进行研究。根据室内软岩静态崩解和软岩碎片浸水试验以及不同浸泡阶段的软岩的成分组构扫描电镜观察试验,揭示了水-软岩界面的细观演化规律:红层软岩的崩解机制缘于软岩碎片间泥质填充区中水-岩界面上的黏土颗粒在水作用下发生水化、扩散和流失致使泥质胶结带缩减,从而引起碎片间凝聚力下降;静水作用下软岩碎片间的凝聚力随时间呈幂函数衰减。在此基础上,利用界面与胶体化学、断裂力学理论,定量表征了软岩中水化黏土颗粒的流失以及软岩碎片间的模式Ⅱ型开裂,建立了软岩遇水崩解的界面模型,进而定量表征了软岩遇水崩解过程。通过对比计算,利用上述所建模型计算的软岩碎片剥落时间和试验观察的软岩碎片剥落时间相近,从而验证了模型的合理性。     

红层泥岩水岩作用特征研究

红层是红色陆相沉积为主的碎屑沉积岩层,岩性以砂岩、泥岩、粉砂岩和页岩为主。该类岩层多为软岩与硬岩相间,呈互层状产出,层间结合力弱。受区域构造影响,岩层扭曲褶皱强烈,多中高倾角,结构面发育,有泥化现象。红层中的泥岩具有透水性弱、亲水性强,遇水易软化、塑变,抗风化能力弱,易崩解等特性。特别是遇水后岩体及结构面抗剪强度大幅度降低,并且具有遇水膨胀、失水收缩的工程特性。水岩作用对边坡的影响主要有,结构面遇水泥化导致楔形体失稳,泥岩塑性变形引起边坡蠕变,同时红层还具有很强的崩解性,边坡开挖后发生崩解等现象。     

川西红层软岩崩解演变特征与微观响应机理试验研究

红层软岩透水性弱、亲水性强,受含水量和水热(温度和降雨)变化影响极易发生软化崩解,给红层软岩地区工程建设和地质环境带来挑战。为研究不同含水量和多种水热试验工况下红层软岩的崩解特征和微观机理,以川西金堂县和中江县两处开挖红层软岩边坡工程为依托,利用自制降雨装置和温控设备,开展不同梯度初始含水量红层软岩在多种水热试验工况下的循环崩解试验。从红层软岩宏观形貌演变、微观结构及矿物组成、崩解系数、R值(崩解质量损失率)和崩解后颗粒分析5个方面对红层软岩崩解情况进行了研究,试验结果表明:红层软岩宏观形貌演变特征与微观结构变化及矿物差异存在一定的对应关系;黏土矿物的含量是红层软岩发生崩解的主要内因且与崩解呈正相关关系;崩解程度与初始含水量及水热效应联系密切;两处红层软岩R最小/大值差距明显,分别为0.22%、0.05%和1.63%、2.17%;粒径分布对红层软岩的崩解程度具有较好的评价作用,崩解越强烈,大颗粒越少,小颗粒越多,小颗粒更集中于0.075~0.5 mm之间。崩解系数、R值和最终粒径分布曲线可以很好地结合起来对红层软岩的崩解进行量化分析,并与微观结构及矿物差异相联系解释红层软岩的崩解演变特征。研究成果可为金堂、中江及其他红层软岩地区的工程建设和地质评价提供一定参考。     

软岩崩解分形机制的数学模拟

膨胀性软岩是工程中常见的岩体,其特点之一是吸水膨胀崩解。通过研究软岩崩解物的粒度及其分形特征变化规 律,根据分形概念建立了模拟红层软岩崩解的数学模型,模拟与实测结果的发展趋势基本相同,表明软岩的崩解过程是一个分形。根据该成果,工程中可通过少量的崩解试验数据确定数学模拟模型的参数,从而计算得到软岩崩解物的分数维不再变化的临界值,并可对更长时间后软岩的崩解分数维进行预测。     

深部煤系软岩遇水崩解的宏观特征及微观机理研究

      随着煤层开采层位的加深,对煤系软岩水稳性的研究越来越重要。巨野3号煤顶底板岩层以泥质岩为主,赋存深度900～1200 m,为典型的深部煤系软岩。通过水理性试验、X射线衍射试验及电镜扫描试验,对巨野煤田深部煤系软岩遇水崩解的宏观特征及微观机理进行分析研究。研究发现软岩水稳性较差,浸水后在30 min内开始崩解;岩样粘土矿物以高岭石及蒙伊混层为主,结构上表现为明显的疏松性及定向排列性。通过分析认为深部煤系软岩崩解是粘土矿物内外膨胀联合作用的结果,其中软岩结构特征是导致该类岩石遇水崩解的主要因素。     

延吉盆地强膨胀性软岩边坡加固对策研究

延边地区近年来因公路修建,频频出现边坡滑动和严重变形工程问题。研究发现,引起公路边坡滑动和变形的主要原因是该地区广泛发育一种膨胀性软岩,它具有富含膨胀性粘土颗粒、强度低、易崩解、膨胀性强、膨胀力大的工程特性。在此基础上,应用大变形设计方法,提出了加强排水、高压注浆锚管桩预加固、压力分散型锚索加固和预防底臌锚管桩等适宜于软岩边坡加固的方法。     

软岩膨胀崩解试验及分形机理

在室内崩解试验和大气条件模拟的渐进崩解试验中,通过跟踪崩解过程物碎屑的颗粒级别变化发现,软岩膨胀崩解过程是一个多重分形过程。在崩解达到一定程度后,崩解碎屑物的颗粒级别不再发生变化,软岩吸水膨胀崩解停止,此时崩解物的分数维亦达到一个不再变化的临界值。该临界值可用来定量表征软岩崩解的机理。该结论对工程实际具有指导意义。     

甘肃红层泥岩耐崩解试验与矿物夹杂效应研究

为探究干湿作用下甘肃红层质泥岩加速崩解机制,针对典型的石膏质泥岩,开展浸水及快速崩解试验,并通过与泥质砂岩、页岩和石膏岩的对比,分析了影响岩石耐久性的主要因素,对崩解过程中的矿物夹杂效应进行了讨论。研究结果表明：原状石膏质泥岩浸水自然崩解速度较慢,3 h崩解量为0.11,但高温(>163℃)干燥后夹杂的石膏矿物将完全脱水硬化,体积收缩,再次遇水后岩块于2 h内完全崩解。石膏质泥岩的二次循环耐崩解指数I_d2为0.80,属于高耐久性岩石,但在干湿过程中有加速崩解的趋势,第5次循环时的相对崩解指数I₅达到了0.56。岩石的耐久性受矿物成分和胶结强度影响较大,矿物膨胀驱使岩块崩解的过程中,泥质岩块易发生均匀破碎而砂质岩块易出现非均匀破碎。石膏质泥岩中黏土矿物夹杂密实,干湿作用下易崩解,所夹杂的石膏矿物具有溶蚀性,且溶蚀后崩解液显弱酸性,石膏溶蚀产生的微裂隙和酸性环境下钙质结核的脱落是导致石膏质泥岩加速崩解的主要原因。     

红山窑膨胀红砂岩湿化特性试验研究

针对红山窑膨胀红砂岩具有微膨胀、易软化、易风化的特点,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、MTS815.03岩石力学刚性电液伺服试验机等先进的设备为测试手段,对3种不同风化程度的膨胀红砂岩湿化过程进行观察和机理分析,从试验和机理两方面探讨膨胀红砂岩的湿化性,从而进一步阐明红砂岩膨胀性、裂隙化具有本质的区别。试验结果表明：(1) 中风化红砂岩干燥时抗压强度为5.85 MPa,饱和试样为0.20 MPa,岩石本身强度随吸水率增加而明显下降,具有强烈的软化作用;(2) 膨胀红砂岩的湿化性随胶结系数的减小而愈加强烈,与红砂岩风化程度(埋深)无关。这些研究成果对红山窑水利枢纽工程红砂岩地基开挖易裂以及边坡表层溜坍预治具有较大的指导意义。     

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。     

红层软岩崩解性路用控制方法研究

采用灰色关联度分析法对红层软岩的矿物成分、化学成分、崩解试验等数据进行了分析。分析表明, 水理特性不稳定的粘土矿物始终是影响软岩崩解的主要因素之一, 而不同的化学成分对红层软岩崩解性的影响程度不同。通过以纯水、MgCl2, FeCl3, NaCl, CaCl2盐溶液作为红层软岩岩块浸泡液的崩解试验, 说明纯水浸泡下软岩的崩解性最强, 而所选3种盐溶液对所选红层软岩样品的崩解性均有抑制作用, 其中又以CaCl2抑制作用最强。在此基础上提出公路施工中填筑前以浇水作为加快红层软岩崩解, 填筑压实中以掺入石灰作为抑制软岩崩解路用控制方法。     

酸雨水化学损伤加剧粉砂质泥岩崩解机制研究

酸雨区泥质岩崩解相对于非酸雨区显著增强,但其机制尚有待进一步研究。以酸雨条件下水化学损伤的形成及其发展特性入手,选取典型酸雨区攀枝花市机场滑坡粉砂质泥岩,进行不同pH值条件下（pH=7、5、3）的耐崩解性试验。通过测定试验后崩解液离子成分变化、观察酸雨作用前后粉砂质泥岩薄片镜下特征、分析试样崩解破坏模式,探究酸雨水化学损伤加剧粉砂质泥岩崩解的细观机制;引入比表面积增量指标表征崩解残留物破碎程度,定量评价酸雨水化学损伤对粉砂质泥岩崩解的加剧效果。研究结果认为,粉砂质泥岩酸雨水化学损伤主要源于特定矿物的溶蚀,为其崩解劣化提供额外路径;随着崩解液pH值降低,粉砂质泥岩水化学损伤增强,崩解路径增多,崩解破坏模式发生转化,崩解残留物愈发破碎;采用比表面积增量指标可良好反映崩解残留物的破碎程度,崩解残留物愈破碎,比表面积增量指标值越大,粉砂质泥岩崩解程度越高。结论可为酸雨地区岩土体工程性质评价及加固设计提供理论参考。     

Study on the physical disintegration characteristics of Subang claystone subjected to a modified slaking index test

Some instability problems were found on natural or engineered slopes mostly lying on Subang claystones. The instability problems included excessive erosion, slumps and rock falls. The field performance surveys of the problems suggested that the claystones physically weather rapidly so that the rock properties they exhibit during excavation often change to properties with a more characteristic of soil. Such a phenomenon is generally known as a slaking process. In order to gain better understanding about the slaking of Subang claystones, a series of experimental laboratory studies were carried out involving a modified slaking index test. Claystone samples used in this study were obtained from their exposures along the Northern West Java area of Indonesia. Petrographic analysis was correspondingly performed to identify mineral and texture/fabric, and in turn, to determine the inherent factors of the rocks which might affect the slaking process. The stssudy results indicated that the claystones were characterized by high to very high slaking properties having a maximum slaking index (I_s) of 57.4% and a mean I_s of 43.8%. Major dispersion slaking on sample surfaces and high cracking in response to excessive swelling were recognized as main slaking modes within the claystones. All samples lose progressively less material through the five wet–dry cycles of a slaking index test, indicating a decelerated slaking rate. It was evident that the main inherent factors controlling the slaking process were expandable clay mineral smectite, non-clay mineral pyrite and soluble mineral calcite. Moreover, a quite important of inherent bonding material and stress release energy in the slaking characteristics of the claystones was revealed by a closure phase of an initial hairline crack during unloading.     

强风化软岩路基填筑适宜性研究

通过对强风化软岩压实特性试验研究表明,填料的承载比（CBR值）随压实度的增大而增大,填料具有良好的压实性能,可用于高等级公路路基填筑;同时,利用室内三轴剪切仪模拟接近实际的应力路径,对强风化软岩进行干-湿双线平行试验和在复杂应力状态下不同压实度的湿化变形试验,试验结果表明：路面不发生开裂或塑性破坏的临界应变值为2 %;随着压实度的增大,湿化变形随之减小;在围压200 kPa时,随着偏应力的增大,剪胀也增大。将试验成果用于湘潭市昭山大道路基填筑,提出了路基95区换填黏性土、湿法填筑和提高90区压实度等施工措施。     

红层软岩边坡岩体工程特性研究

通过调查研究四川地区80个红层软岩边坡的几何形状、结构面产状、边坡岩体强度等特征,探讨了块度、回弹值、回弹比、JRC、坡高与坡度的关系.提出了回弹比,分析其与坡度、稳定性间的相关关系,指出回弹比是对边坡稳定性影响的一个重要因素.确定了各因素对坡度的影响的重要性依次是块度、回弹值、回弹比、JRC和坡高.     

基于分形理论的粉砂质泥岩酸雨崩解特征研究

黏土岩的崩解过程易受环境条件(如崩解液特征)影响,酸雨作用对其影响显著,但其酸雨崩解特征有待研究。目前对黏土岩崩解特征的评价多采用耐崩解性指数,仅考虑崩解后大于2mm的残留颗粒质量,未反映崩解后的整体粒径分布特征。本文以典型酸雨区攀枝花机场滑坡为依托,选取滑带粉砂质泥岩,开展不同pH值条件下的岩石崩解试验;引入分形理论,建立分形维数与酸雨历时、降雨酸度间的相关关系,定量刻画粉砂质泥岩酸雨崩解特征及影响因素;采用电感耦合等离子体发射光谱法分析不同酸度崩解溶液的离子成分差异,以探索降雨酸度造成岩石崩解特征差异的本质原因。结果表明:采用分形理论可以较好地反映粉砂质泥岩酸雨崩解特征,分形维数越大,粉砂质泥岩崩解程度越大;分形维数与酸雨历时、降雨酸度之间皆存在明显对数正相关关系;不同降雨酸度粉砂质泥岩崩解特征存在差异的原因在于白云石、方解石溶蚀程度不同。研究成果可为酸雨地区黏土岩的工程性质评价提供参考。     

缓倾煤层采空区上覆山体滑坡形成机制分析

下伏采空区的缓倾斜坡,由于采空区大小、方位不同和斜坡结构特征的差异,多存在地表沉陷、拉裂、局部崩塌、滑坡等工程地质问题,常常会诱发大规模的地质灾害。马达岭滑坡发育于存在软弱夹层和煤层采空区的缓倾斜坡中,由采空区的破坏和降雨诱发形成,体积达190104m3。调查和分析表明,脆弱的地质结构和坡体下伏采空区的破坏是滑坡形成的主要原因,降雨的促进作用加速了滑坡的发生; 马达岭滑坡的破坏模式为塌落-拉裂-剪切滑移,滑坡的形成机制和发展过程可以分为以下3个阶段: 斜坡后缘拉裂阶段,滑面贯通阶段和滑坡整体破坏阶段。崩滑体崩解后顺着沟谷向下游流动,形成长1.5km的泥石流碎屑堆积区,淹没大量农田。