关键词：
白垩系泥岩
荆门-宜昌地区
矿物成分
微观结构
膨胀崩解
时效模型
摘要：
膨胀性岩石是一种随含水率增加而膨胀、随含水率降低而收缩的软岩,自然出露条件下易风化剥蚀,是产生不良地质灾害的重要因素之一,由其引起的地质灾害及工程事故现象频发,但研究往往多关注中-强膨胀性的岩石引起的工程病害。高速铁路在施工过程中需将沉降量控制在极小范围内,铺轨后轨道扣件容许的膨胀调整量也不大于4mm,现今高速无砟铁路穿越弱膨胀(甚至无膨胀性)岩土区域时,路基膨胀上拱将会影响工程安全。因此,控制路基胀缩变形成为现今高速铁路建设的主要难题之一,目前对弱膨胀性岩的认识仍旧有较大欠缺,对高速铁路无砟轨道路基弱膨胀岩的胀缩与崩解特性进行研究,可为高速铁路修建及运营安全提供科学依据。本论文以湖北荆门-宜昌地区白垩系泥岩为研究对象,通过对比分析五龙组、跑马岗组、红花套组泥岩的黏土矿物含量与膨胀性物理力学指标的关系,微观结构特征与膨胀性物理力学指标的关系,对泥岩膨胀性影响因素相关性分析,并对该地区白垩系泥岩进行膨胀时效模型探索研究,得到以下几点主要认识:(1)研究区泥岩黏土矿物含量较低,其含量位于6.2%～18.1%之间,黏土矿物中伊/蒙混层及伊利石的占比最高,二者在黏土矿物中的相对含量超过80%。基本单元体主要有粒状体和片状体,粒内、粒间孔隙为主要孔隙形态。(2)研究区白垩系泥岩为弱膨胀岩。膨胀率随时间变化规律以“阶梯”型为主,可分为3个阶段:第一个阶段为泥岩加速膨胀阶段,在膨胀率曲线上表现为斜率较大,膨胀初期近乎直线形态。第二个阶段膨胀速率减慢膨胀曲线斜率随之变小,是最终膨胀稳定的过渡段。第三个阶中膨胀逐渐趋于平稳达到稳定状态,曲线斜率趋近于0。(3)研究区泥岩膨胀性参数与各黏土矿物含量的相关性系数较低。基本单元体中曲片状叠聚体单元、平片状叠聚体单元的膨胀性最强,外包颗粒单元、碎屑颗粒单元的膨胀性最弱;不同连结特征中,面-面连结、面-边连结的膨胀性大于边-边连结、点-点连结;泥岩孔隙分形维数越低,岩石的膨胀率(力)就越大,孔隙分形维数与侧向约束膨胀率可用幂函数模型进行拟合,对于孔隙分形维数与膨胀力的拟合关系采用线性拟合的拟合优度大于最小拟合度。泥岩仪器崩解的质量分形维数与干湿循环次数存在对数正相关关系。同等PH条件下,自然崩解质量分形维数也与循环次数呈正相关;而对于相同循环次数,分形维数则与PH值呈负相关。且泥岩质量分形维数越高,遇水崩解就越剧烈、彻底,崩解物颗粒粒径越低。(4)基于试验分析,针对弱膨胀岩不同荷载下膨胀率特征,模型ε=a-bln(σ-c)比Huder-Amberg经典模型的拟合优度更高,而Logistic函数模型则更适用于对弱膨胀岩膨胀时效曲线的模拟,且模型中各参数与干湿循环次数呈多项式函数关系。
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