冻–融及干–湿循环对泥质岩崩解特性影响的试验研究

为研究中国东北地区典型气候条件对泥质岩崩解特性的影响,以阜新海州露天矿泥质岩为研究对象,探讨了干–湿循环和冻–融循环作用对泥质岩崩解特性的影响。对不同试验条件下泥质岩浸泡液的p H值、TDS进行了测试;分析了泥质岩的崩解比、空隙率和吸水率变化情况;利用X射线衍射(XRD)、荧光光谱分析,测试岩样矿物化学成分。结果表明,相对于干–湿循环作用而言,冻–融循环作用会对泥质岩崩解性产生明显影响;空隙率及吸水率均对泥质岩的崩解有重要作用;冻–融循环对泥质岩可溶性盐类的溶解影响不大;考虑冻–融循环对泥质岩崩解特性的影响对东北地区工程建设有重要意义。     

泥质粉砂岩崩解特性的试验研究

为了研究泥质粉砂岩的崩解特性,本文采用将中风化程度的泥质粉砂岩置于充满不同PH溶液的耐崩解性试验仪中进行外动力作用下的崩解试验,对比并分析不同PH溶液对泥质粉砂岩崩解特性的影响,以及泥质粉砂岩在崩解试验过程中颗粒级配变化情况。试验结果表明:酸性环境对泥质粉砂岩的崩解性影响较碱性环境大;泥质粉砂岩的崩解性随着酸性的增强而逐渐增强,随着碱性的增强而逐渐减弱。     

软岩崩解物颗粒分布特征研究

采集了某高速公路路堤填筑料软岩试样,查明该类软岩的矿物成分和基本物理力学性质。采用洒水和吹晒循环试验,模拟软岩在大气中的自然崩解过程。在试验过程中对崩解物颗粒筛分后进行质量分析,将不同粒径区间内的变化绘成曲线。从其变化趋势发现崩解物颗粒质量变化曲线是自相似的,在统计上是一个分形,并采用盒维数方法计算它的分数维。最终停止崩解时颗粒质量分布曲线的分数维稳定在某一常数。利用稳定分数维作为软岩路基、堤坝修筑施工工艺控制性指标,指导某高速公路路堤工程的施工,获得了质量优良的路基。结果表明分形几何是一种研究软岩崩解机理的有效方法,颗粒质量分布曲线的常分维值可以作为软岩吸水后崩解是否完成的判断标准。     

软岩崩解特性试验研究

本文首先对软岩矿物成分进行分析,并通过耐崩解试验与室内静态崩解试验,对石林隧道软岩的崩解特性与机理进行分析。研究表明:石林隧道软岩具有极强的崩解性,软岩完全崩解时间随初始含水量的增大呈指数衰减趋势,同时观察发现软岩的崩解过程可划分为崩离、迸裂和解离三个阶段。同时研究得出石林隧道软岩崩解的机理为粘土矿物的膨胀,表面吸附的楔裂以及矿物胶结的弱化。     

江西白垩系泥质粉砂岩崩解试验研究

对南昌地区泥质粉砂岩典型出露地段开展现场调研并取样测试其基本物理力学性质,同时进行了静态崩解试验和岩石的耐崩解试验,从能量耗散原理的角度分析了泥质粉砂岩静态崩解过程中吸收的能量向表面能转化的规律。试验结果表明:水和温度—岩的相互作用是加快泥质粉砂岩风化的主要外部营力;泥质粉砂岩的静态崩解由碎块状过渡到粒渣状、泥糊状,可按崩解物形态划分为剧烈崩解、细微崩解和崩解稳定三个阶段,崩解过程中其表面能累计增加量随崩解次数增加而增加,而单次表面能增量趋于减小;耐崩解试验中,泥质粉砂岩耐崩解性指数随循环次数的增大呈负指数关系递减。试验结果对于工程实践中如何抑制红层软岩崩解并保持其完整承载能力、或对其预崩解处理促进其快速崩解达到稳定的颗粒级配状态具有一定的参考价值。     

红层软岩崩解性室内试验研究

针对红层软岩遇水易软化、崩解的特点,以铜陵-黄山高速公路汤口-屯溪段沿线的红层软岩为例,选取该路段沿线具有代表性的2类岩样(砂岩和泥岩)进行室内浸水崩解试验,分析2类软岩崩解过程的颗粒级配变化情况,并对比分析其崩解性能,将崩解性由强至弱划分为强崩解、中崩解、弱崩解和不崩解4个等级.试验结果表明:红层软岩的类型、胶结物类别以及岩石中黏土矿物的含量等是决定红层软岩崩解性强弱的主要内在因素;崩解物颗粒由大到小变化时,崩解物的崩解性逐渐减弱甚至消失;为更清楚地反映各岩样崩解速度的快慢及崩解程度的强弱,可选取崩解物中粒径大于5 mm及小于0.25 mm的颗粒含量的变化为评价对象.最后,对红层软岩的崩解机制进行较为深入的研究.     

水化学环境变化对泥质岩胀缩性的影响

 通过膨胀试验研究不同水化学环境下泥质岩的胀缩性能,分析层理面方位、同种类不同浓度、同浓度不同价位阳离子以及不同化学路径对泥质岩胀缩性的影响规律。并结合扫描电镜能谱分析,探讨泥质岩胀缩性能发生变化的内在机制。结果表明：(1) 泥质岩膨胀性随岩样端面与层理面夹角的增大而减小。(2) 泥质岩膨胀性受溶液浓度和阳离子价的共同影响。同种类水溶液中,溶液浓度越高,膨胀性越差;同浓度同种类阴离子水溶液中,阳离子价位越高,膨胀性越差;不同种类浓度水溶液中,膨胀性与其所经历的化学路径有关。(3) 当膨胀性低的水溶液置换膨胀性高的水溶液后,泥质岩将发生体积收缩。(4) 泥质岩膨胀性与其所含交换阳离子中低价阳离子与高价阳离子的比值有关,比值越大,膨胀性越强。     

滇中泥质粉砂岩崩解特性试验研究

为了研究滇中泥质粉砂岩的崩解特性,对不同风化程度的泥质粉砂岩进行了静态崩解试验、室内环境崩解试验和耐崩解试验。试验结果表明:岩石风化程度越高,崩解越剧烈;强风化状态的泥质粉砂岩在第四次循环后基本崩解完全,耐崩解系数Id2为46.2～61.8;弱风化和微风化泥质粉砂岩在第二、第三次循环崩解开始加剧,耐崩解系数Id2分别为61.1～73.6和79.5～85.4;崩解物以0.5～2mm和小于0.25mm颗粒物为主。泥质粉砂岩的崩解是由岩石浸水膨胀、胶结物溶解和干湿循环产生的拉应力与张应力共同引起的。     

颗粒级配对残积土MICP灌浆效果的影响评价

微生物诱导碳酸钙沉淀加固砂性土的试验研究较为丰富,但在固化崩解性软岩残积土的可行性及效果评价方面目前仍未涉及。考虑到崩解性软岩残积土与砂性土颗粒的诸多不同以及自身颗粒级配产生的差异,选用4种不同粒径范围的松散泥质软岩残积土颗粒进行微生物灌浆试验研究,并通过渗透性能、无侧限抗压强度(UCS)试验、碳酸钙生成量及孔隙率测试,分析颗粒级配对残积土MICP灌浆效果的影响;再借助于扫描电镜(SEM),观测全级配残积土颗粒表面的MICP反应效果。结果表明:不同粒径级配的崩解性软岩残积土在经过微生物灌浆处理后,其胶结效果差异明显。全级配崩解性软岩残积土灌浆过程中更易沉积具有胶结作用的碳酸钙晶体,其胶结试样力学性能较间断级配提升显著,且其孔隙率降幅和单位质量碳酸钙生成量也较大,胶结效果更佳。研究成果可为软岩弃渣填方路堤的微生物加固工程提供借鉴。     

娄衡高速公路白垩系泥质粉砂岩崩解特性研究

为了研究娄衡高速公路白垩系泥质粉砂岩的崩解特性,对不同风化程度的泥质粉砂岩进行了静态崩解试验、室内环境崩解试验和耐崩解试验。试验结果表明:岩石风化程度越高,崩解越剧烈;强风化状态的泥质粉砂岩在第四次循环后基本崩解完全,耐崩解系数Id2为46.2～61.8;弱风化和微风化泥质粉砂岩在第二、第三次循环崩解开始加剧,耐崩解系数Id2分别为61.1～73.6和79.5～85.4;崩解物以0.5～2mm和小于0.25mm颗粒物为主。泥质粉砂岩的崩解是由岩石浸水膨胀、胶结物溶解和干湿循环产生的拉应力与张应力共同引起的。     

皖南红层软岩崩解特性试验分析

采用皖南地区3种红层软岩开展了室内“饱水-干燥” 循环(湿-干循环)条件下的崩解试验。研究了不同湿-干循环次数下岩石的崩解现象和特征;分析崩解物的颗粒粒径分布随湿-干循环次数的变化规律;对浸泡岩样的水溶液离子浓度进行测试,同时对经历不同湿-干循环次数的岩样开展扫描电镜(SEM)试验;探讨软岩的崩解机理,比较分析不同岩石崩解特性的差异。试验结果表明:3种岩样的耐崩解能力大小依次为岩屑砂岩、钙质细砂岩、砂质泥岩;随着湿-干循环次数增加,砂质泥岩和钙质细砂岩耐崩解指数逐渐下降,岩屑砂岩的耐崩解指数基本不变;浸泡水溶液中Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等离子浓度随着湿-干循环次数增大有不同程度的变化,水-岩化学作用的剧烈程度与崩解性之间存在一定的对应关系;湿-干循环对不崩解的砂岩的微观形貌影响不大,而易崩解的砂岩容易形成裂缝或者颗粒剥落。不同岩石崩解性的差别与所含矿物成分及含量密切相关,也与岩石结构特征有关,颗粒粒径小且填隙物胶结强度低的岩石更容易崩解。     

Effects of slaking and degree of compaction on the mechanical properties of mudstones with varying slaking properties

An earthquake in Suruga Bay off Shizuoka Prefecture in 2009 caused an embankment near the Makinohara Service Area of the Tomei Expressway to fail. One of the causes of this failure was the slaking progression of the Neogene Period mudstone in the lower portion of the embankment.The objective of this study is to understand how the degree of slaking affects the compressive and shearing behaviors of crushed mudstone aggregates. A drying-immersion cycle test is proposed; it illuminates how the number of repeated drying and immersion cycles affects the slaking of fine-grained material. Unconfined compression, triaxial compression, and one-dimensional consolidation tests were carried out on crushed mudstone aggregate specimens created by compaction.Consequently, the unconfined compressive strength and maximum deviator stress in the triaxial compression tests on the crushed mudstone aggregates dropped as the grains became finer due to slaking even if the initial density was the same. The compressibility increased and the consolidation yield stress decreased as the grains became finer particles. The degree to which slaking had progressed affected these characteristics as well.     

巷道底板泥岩泥化物固化体的力学性能

为避免煤矿巷道底板泥岩泥化物清淤抛弃产生的环境污染问题,提出了将泥岩泥化物快速固化后作为巷道路面基层材料的处理方法,并为此研制了一种高效固化剂.通过不同固化剂掺量、不同养护龄期泥岩泥化物固化体的无侧限抗压试验,对该固化体的强度与变形规律进行了研究.研究结果表明:对于掺15.0%(质量分数)固化剂的泥岩泥化物固化体,其3 d无侧限抗压强度可达28 d的85%,即该固化体具有十分明显的快硬早强特性,可以作为巷道路面的基层材料;最低固化剂掺量与龄期相关,并与龄期呈对数关系,与固化系数呈线性关系.     

钻井液矿化度对康村组泥岩强度特征的影响研究

以西部某区块康村组地层泥岩为研究对象,进行了 X射线衍射实验、环境扫描电镜实验、阳离子交换实验、不同矿化度的KCl溶液和钻井液浸泡后的泥岩单轴压缩实验.得到康村组泥岩矿物组成、微观结构特征、水化膨胀能力大小、不同矿化度的KCI溶液和钻井液浸泡后的泥岩强度参数;研究了钻井液矿化度对该地区泥岩强度的影响,分析了不同矿化度钻...     

Effect of initial water content and shear stress on immersion-induced creep deformation and strength characteristics of gravelly mudstone

Soft sedimentary rocks undergo deterioration due to weathering induced by dry–wet cycles in a process known as slaking. To investigate the effect of the initial water content and shear stress on the immersion-induced creep deformation and strength characteristics of gravelly mudstone (slaking index = 1 and 2), creep tests were conducted using a modified direct-shear-test apparatus under different creep-stress ratios. Crushed mudstone with different degrees of compaction and initial water content was subjected to immersion under the creep-shear-stress conditions. After the creep shear and vertical displacements stabilized, a monotonic shear loading was applied. During creep immersion, the increment in the creep-shear displacement increases as the creep-stress ratio increases and the initial water content and/or degree of compaction decrease. Retaining a high initial water content in crushed mudstone is recommended to maintain its shear-stress stability. Under the same density, the peak shear strength decreased with an increase in the increment of the creep-shear displacement during creep immersion. The results indicate that the occurrence of immersion-induced creep deformation in addition to slaking can result in the deterioration of slope stability.     

抗裂纤维加固泥岩泥化物固化体试验研究

针对某矿区掘进巷道的底板泥岩泥化物,研制了一种高效固化剂,将该固化剂和聚丙烯抗裂纤维用于泥岩泥化物的加固工程中.通过正交试验,研究了纤维固化体的抗压强度、弹性模量、破坏应变与纤维固化体配比之间的关系.研究表明,泥岩泥化物纤维固化体具有较好的强度与抗变形特性,可作为巷道路面的基层材料.     

崩解泥化过程中泥岩强度衰减因素研究

崩解是泥岩的基本特性,是土体的主要形成方式。受自然气候的干湿循环作用影响,泥岩崩解、泥化,引发了许多边坡坡面剥蚀及边坡失稳问题。因此研究泥岩在崩解泥化过程中强度衰减的影响因素具有重要的工程意义。以引江济淮试验工程的河道边坡下部低强度、弱膨胀的红层泥岩为研究对象,提出了自然约束的崩解试验研究方法,对干湿循环过程中泥岩试样的裂隙开展,颗粒组分,耐崩解比,剪切强度及强度指标等参数进行了研究。研究表明:干湿循环效应存在临界次数。在7次干湿循环前,泥岩试样的参数变化显著,有裂隙增长、细颗粒含量比例增加,耐崩解比、剪切强度及强度指标的减小。7次干湿循环后,这些参数变化均不明显。崩解物的耐崩解性变化特征与完全崩解颗粒粒径阈值D_(cr)无关,耐崩解指数I_(Di)及耐崩解率D_R减小特征趋势相同。泥岩崩解物的强度指标与耐崩解率D_R呈现很高的正相关性。这些说明干湿循环为诱发岩石崩解的因素,对强度衰减起作用的是试样的颗粒组成与状态变化,耐崩解率是颗粒组成与状态的量化指标。     

化学溶液和干湿循环作用下砂岩抗剪强度劣化试验及化学热力学分析

 为研究化学溶液和干湿循环共同作用下砂岩抗剪强度的劣化机制,在不同pH环境下,通过不同干湿循环次数后的单轴、三轴试验,计算出砂岩的黏聚力和内摩擦角,同时得到其与循环次数的关系式,进而获得砂岩在浸泡环境下抗剪强度随干湿循环次数的变化公式。根据砂岩的组成矿物及其百分含量,得到各种主要组成矿物在中性、碱性、酸性溶液中溶解的化学反应方程式,利用化学热力学的基本原理,确定各主要矿物在中性、碱性、酸性溶液浸泡下能否稳定。为了验证分析的正确性,对浸泡溶液中的部分离子(Ca2+,SiO2,Na+,K+)浓度进行测试。结果表明,酸性环境下,砂岩抗剪强度劣化最为严重,碱性次之,中性最轻。在酸性环境中,对抗剪强度影响较大的胶结物主要组成成分(长石、方解石)的性质不稳定,溶解反应能自发进行,而碱性环境中,对强度影响较小的骨料主要组成成分(石英)的性质不稳定,溶解反应能自发进行。酸性浸泡液中,方解石、钾长石、钠长石溶解出的Ca2+,K+,Na+的浓度明显高于中性和碱性液中Ca2+,Na+,K+的浓度,而碱性溶液中,石英溶解出的SiO2的浓度明显高于中性和酸性液中SiO2的浓度,与热力学分析结果一致。     

Effect of slaking on direct shear behaviour of crushed mudstones

This study investigates the effects of wetting and drying cycles, known as slaking, on the strength-displacement characteristics of crushed mudstone. A series of direct shear tests was conducted by simulating cyclic wetting and drying under different stress conditions using a modified direct shear apparatus. The effects of the stress ratio, the density of specimen, the initial water content before wetting, the slaking index, and the number of wetting and drying cycles on the test results was investigated. Experiments were also performed on less-slakable materials, including crushed sand stone, silica sand and glass beads, to compare the results with the crushed mudstone. Considerable creep displacement on the crushed mudstones was observed during both drying and wetting phases under the constant shear stress conditions. The creep displacement during the drying was more significant than during the wetting phase. The creep displacement accumulated with progressive wetting and drying cycles. The drying-induced displacement was observed when the water content became smaller than the amount of water absorption of the mudstone specimens. Correspondingly, a gradual decrease of the peak stress ratio was observed with the number of wetting and drying cycles. In contrast to the mudstones, the influence of cyclic wetting and drying on the crushed sand stone, silica sand and glass beads is almost negligible. A higher slaking index, a lower water content before wetting, and lower initial density accelerate the slaking of mudstones.