岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (S1): 99-106.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0419

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甘肃红层泥岩耐崩解试验与矿物夹杂效应研究

程树范1,曾亚武1,叶阳2,高睿1, 3   

  1. 1. 武汉大学 土木建筑工程学院,湖北 武汉 430072;2. 中国地质大学(武汉)工程学院,湖北 武汉 430074; 3. 三明学院 建筑工程学院,福建 三明 365004
  • 收稿日期:2022-03-31 接受日期:2022-05-30 出版日期:2023-11-16 发布日期:2023-11-16
  • 通讯作者: 曾亚武,男,1964年生,博士,教授,博士研究生导师,主要从事岩土及地下工程方面的研究。E-mail: zengyw@whu.edu.cn E-mail:chengshufan@whu.edu.cn
  • 作者简介:程树范,男,1992年生,博士研究生,主要从事水工岩土力学方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(No. 51878521,No. 42107175)

Slake durability test and mineral inclusion effect of Gansu red-bed clay rock

CHENG Shu-fan1, ZENG Ya-wu1, YE Yang2, GAO Rui1, 3   

  1. 1. School of Civil Engineering, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China; 2. Faculty of Engineering, China University of Geosciences, Wuhan, , Hubei 430074, China; 3. School of Architectural and Civil Engineering, Sanming University, Sanming, Fujian 365004, China
  • Received:2022-03-31 Accepted:2022-05-30 Online:2023-11-16 Published:2023-11-16
  • Supported by:
    This work was supported by National Natural Science Foundation of China (51878521,42107175).

摘要: 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Id2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。

关键词: 红层泥岩, 崩解, 石膏夹杂, 膨胀矿物, 溶蚀效应

Abstract: To explore the accelerated disintegration mechanism of Gansu red-bed clay-bearing rock under drying-wetting cyclic, water immersion test and slake durability test were carried out. The main factors affecting rock durability were analyzed by comparing clay-sulfate rock with argillaceous sandstone, shale, and gypsum rock. Furthermore, the mineral inclusion effect during the disintegration process was discussed. The results of the experiment show that the natural disintegration rate of undisturbed clay-sulfate rock is relatively slow, and the disintegration rate of the sample is 0.11 after soaking for 3 h. After drying at a high temperature (163 ℃), the mixed gypsum minerals will be dehydrated with the volume shrinkage, and the rock mass will completely disintegrate within 2 hours when it is soaked in the water again. The clay-sulfate rock belongs to highly durable rock and its slake durability index of the second cycle Id2 is 0.80. However, an accelerated trend can be observed in the disintegration, and the relative slake durability index of the fifth cycle I5 is up to 0.56. The durability of rock is greatly affected by the mineral composition and cementation strength. In the process of rock disintegration driven by mineral expansion, argillaceous blocks are prone to uniform crushing, while sandy blocks are prone to uneven crushing. Because the clay minerals inclusion is dense, disintegrating of the clay-sulfate rock is intensive. The sulfate mineral inclusion is corrosive, and its solution shows weak acidic. Therefore, the main reasons for the accelerated disintegration of clay-sulfate rock are micro-cracks produced by gypsum corrosion and the abscission of calcareous nodules in the acidic environment.

Key words: red-bed clay rock, disintegration, sulfate inclusion, expansive mineral, corrosion

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