›› 2006, Vol. 27 ›› Issue (12): 2090-2098.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

板岩遇水软化的微观结构及力学特性研究

杨春和1,冒海军1,王学潮2,李晓红3,陈剑文1   

  1. 1. 中国科学院 武汉岩土力学研究所,武汉 430071;2. 黄河勘测规划设计有限公司,郑州 450003; 3. 重庆大学 西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室,重庆 400044
  • 收稿日期:2005-10-09 出版日期:2006-12-11 发布日期:2013-12-09
  • 作者简介:杨春和,男,1962年生,博士,研究员,主要从事岩石力学与工程方面的研究。
  • 基金资助:

    本项研究得到国家重点基础研究发展规划973项目(No. 2002CB412700)和国家自然科学基金(No. 50434050,No. 50334060)资助。

Study on variation of microstructure and mechanical properties of water-weakening slates

YANG Chun-he1, MAO Hai-jun1, WANG Xue-chao2, Li Xiao-hong3, CHEN Jianwen1   

  1. 1. Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China; 2. Yellow River Engineering Planning and Design Co., Ltd., Zhengzhou 450003, China; 3. Key Lab for the Exploitation of Southwestern Resources& the Environmental Disaster Control Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China
  • Received:2005-10-09 Online:2006-12-11 Published:2013-12-09

摘要: 通过偏光显微镜、电子扫描电镜、粉晶X射线衍射,测定板岩泡水过程中吸水率、润湿角的变化,不同浸泡时间下的矿物颗粒微观结构、孔隙度的变化,并通过三轴压缩实验,研究了板岩泡水后发生软化的过程与机理。研究表明:板岩在浸泡后吸水率受板岩内层理面的产状、密度等参数的影响而改变,随着泡水时间的增加,吸水率在最初两天内变化较大,后期变化不太明显;板岩内部矿物颗粒在浸泡过程中产生体积膨胀,胶结变得松散,颗粒膨胀的时间稍滞后于吸水率的变化过程;三轴压缩实验结果显示,板岩浸泡后发生软化,峰值抗压强度随着吸水率增加按负对数规律降低;微观结构分析及润湿角的降低趋势表明,随浸泡时间延长,矿物颗粒之间的毛细管力、表面张力降低,使得板岩内部黏结力降低,宏观上则体现为岩石发生软化;在垂直于层理面方向更易发生体积膨胀,因此岩石在浸泡后更易沿着层理面产生破坏。

关键词: 板岩, 水软化, 微观结构, 胶结方式, 润湿角, 岩石力学

Abstract: The objective was to analyze the water-weakening feature and the weakening mechanism of the slate taken from the engineering of the west route of water transfer from south to north in China. Some experiments were done including measuring the change of water absorptions, contact angles, the microstructures of the minerals, the porosities and the strength of the rocks in different absorption by SEM, powder X-ray diffraction analysis and the triaxial compression experiment. Some conclusions are drawn from these experiments as follows: (1) when flooding into water, the absorption was affected by the location and density of the layer surfaces, and increased with the dipping time in the first few days till it kept stable at last; (2) in the SEM images the grains of the slates bulged and the structure relaxed, which made the porosity increased without confinement and the volume bulge lagged behind the water absorption; (3) the triaxial compression results show that the slates weakened and the peak strength of the slates declined with the absorption increased in minus logarithm law; (4) from the variety trends of microstructure and contact, the capillary force and the tension force of the slates decreased with the absorption, which made the adhesive force declined. In the macroscopic view, it is shown that the slates weakened with water. The slate is anisotropic which made the volume dilation in the perpendicular direction to the layers bigger than the parallel direction. As a result, the slate are easier to failure following the layer surfaces.

Key words: slate, water-weakening, microstructure, contact angle, rock mechanics

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[1] 田军, 卢高明, 冯夏庭, 李元辉, 张希巍. 主要造岩矿物微波敏感性试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2066-2074.
[2] 金俊超, 佘成学, 尚朋阳. 基于应变软化指标的岩石非线性蠕变模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2239-2246.
[3] 苏国韶, 燕思周, 闫召富, 翟少彬, 燕柳斌, . 真三轴加载条件下岩爆过程的声发射演化特征[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1673-1682.
[4] 王 宇, 艾 芊, 李建林, 邓华锋, . 考虑不同影响因素的砂岩损伤特征 及其卸荷破坏细观特性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1341-1350.
[5] 李晓照, 戚承志, 邵珠山, 屈小磊, . 基于细观力学脆性岩石剪切特性演化模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1358-1367.
[6] 江强强, 刘路路, 焦玉勇, 王 浩, . 干湿循环下滑带土强度特性与微观结构试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1005-1012.
[7] 陈卫忠, 李翻翻, 马永尚, 雷 江, 于洪丹, 邢天海, 郑有雷, 贾晓东, . 并联型软岩温度-渗流-应力耦合三轴流变仪的研制[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1213-1220.
[8] 王登科, 孙刘涛, 魏建平, . 温度冲击下煤的微观结构变化与断裂机制[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 529-538.
[9] 郑广辉, 许金余, 王 鹏, 方新宇, 王佩玺, 闻 名, . 冻融循环作用下层理砂岩物理特性及劣化模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 632-641.
[10] 宋洪强, 左建平, 陈 岩, 黎立云, 洪紫杰, . 基于岩石破坏全过程能量特征改进的能量跌落系数[J]. 岩土力学, 2019, 40(1): 91-98.
[11] 付自国,乔登攀,郭忠林,李克钢,谢锦程,王佳信. 超细尾砂胶结充填体强度计算模型及应用[J]. , 2018, 39(9): 3147-3156.
[12] 左宇军,孙文吉斌,邬忠虎,许云飞,. 渗透压–应力耦合作用下页岩渗透性试验[J]. , 2018, 39(9): 3253-3260.
[13] 陈子全,何 川,董唯杰,马杲宇,潘旭勇,裴成元,. 北疆侏罗系与白垩系泥质砂岩物理力学特性对比分析及其能量损伤演化机制研究[J]. , 2018, 39(8): 2873-2885.
[14] 邓华锋,张恒宾,李建林,王晨玺杰,张吟钗,王 伟,胡亚运. 水-岩作用对砂岩卸荷力学特性及微观结构的影响[J]. , 2018, 39(7): 2344-2352.
[15] 谢学斌,邓融宁,董宪久,闫泽正,. 基于突变和流变理论的采空区群系统稳定性[J]. , 2018, 39(6): 1963-1972.
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[1] 谢兴华,王国庆. 深厚覆盖层坝基防渗墙深度研究[J]. , 2009, 30(9): 2708 -2712 .
[2] 汪东林,栾茂田,杨 庆. 重塑非饱和黏土的土-水特征曲线及其影响因素研究[J]. , 2009, 30(3): 751 -756 .
[3] 叶为民,黄 伟,陈 宝,郁 陈,王 驹. 双电层理论与高庙子膨润土的体变特征[J]. , 2009, 30(7): 1899 -1903 .
[4] 胡云世,苏 辉,成怡冲,艾智勇. 层状可压缩岩基三维固结问题的状态空间解[J]. , 2011, 32(S1): 176 -180 .
[5] 张 红 ,郑颖人 ,杨 臻 ,王谦源 ,葛苏鸣. 黄土隧洞支护结构设计方法探讨[J]. , 2009, 30(S2): 473 -478 .
[6] 戚 炜 ,王勇智 ,姜伏伟. 黄河某高拱坝岩体力学参数的选取[J]. , 2011, 32(S2): 478 -483 .
[7] 陈旭光 ,张强勇 ,段 抗 ,刘德军 ,张 宁 . 基于光栅传感的模型测量系统应用研究[J]. , 2012, 33(5): 1409 -1415 .
[8] 刘海明 ,杨春和 ,张 超 ,冒海军 ,曹 净 . 高压下尾矿材料幂函数型摩尔强度特性研究[J]. , 2012, 33(7): 1986 -1992 .
[9] 邱祥波 , 杨冬梅 , 徐帮树 ,李术才 . 3-D FLAC在公路隧道风机洞室稳定性分析中的应用[J]. , 2003, 24(5): 751 -754 .
[10] 徐 超 ,陈洪帅 ,石志龙 ,任非凡,. 筋-土界面力学特性的水平循环剪切试验研究[J]. , 2013, 34(6): 1553 -1559 .