›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (6): 1641-1646.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

深海稀软底质土宏观性能与显微结构分析

马雯波1,饶秋华1,吴鸿云2,郭帅成1,李 鹏1   

  1. 1.中南大学 土木工程学院,长沙 410012;2.中南大学 资源与安全工程学院,长沙 410083
  • 收稿日期:2013-02-16 出版日期:2014-06-10 发布日期:2014-06-20
  • 通讯作者: 饶秋华,女,1965年生,博士,教授,博士生导师,主要岩土流变与断裂研究。E-mail:raoqh@csu.edu.cn E-mail:mawenbo3@163.com
  • 作者简介:马雯波,男,1986年生,博士研究生,工程师,主要从事岩土力学实验研究。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(No. 51274251)

Macroscopic properties and microstructure analyses of deep-sea sediment

MA Wen-bo1, RAO Qiu-hua1, WU Hong-yun2, GUO Shuai-cheng1, LI Peng1   

  1. 1. School of Civil Engineering, Central South University, Changsha, Hunan, 410012, China; 2. School of Resources and Safety Engineering, Central South University, Changsha, Hunan 410083, China
  • Received:2013-02-16 Online:2014-06-10 Published:2014-06-20

摘要: 针对取样于太平洋C-C矿区的深海稀软底质土,采用激光粒度分析、液塑限联合测定、氮吸附、固结和直剪等方法对其开展物理和力学性能研究,并通过X射线衍射法和电镜法分析其矿物组成成分和微观结构。研究结果表明:深海稀软底质土为以粉粒为主的黏质土,具有高液限、高塑性,高比表面积、高固结系数、低压缩模量、低抗剪强度等特性,极易造成集矿机的沉陷和打滑。该土样的矿物成分主要由蒙脱石、石英、长石、云母、绿泥石和蛇纹石组成,显微结构为以粉粒和微生物碎片为主的片状链接结构和以黏土矿物为主的蜂窝状絮凝结构相互填充而成。深海稀软底质模拟土的配置原则应以矿物成分、粒径、含水率、比表面积和剪切强度为主,且综合考虑液限、塑限和显微结构。研究结果将为深海集矿机行走特性研究及其优化设计提供重要依据。

关键词: 物理性能, 力学性能, 矿物成分, 显微结构, 深海稀软底质土

Abstract: The deep-sea sediment is exploited in the Pacific C-C district by our research group. Its physico-mechanical properties are studied by analysis of laser particle size, test of liquid and plastic limit, tests of nitrogen adsorption, consolidation and direct shear, and its mineral compositions and microstructures are analyzed by X-ray diffraction(XRD) and scanning electronic microscope(SEM) methods, respectively. Test results show that the deep-sea sediment is clay soil with predominant silt. It has properties of high liquid limit, high plasticity, high specific surface area, high consolidation coefficient, low compressive modulus and low shear strength, which easily results in slip and subsidence of the deep-sea mining machine. It is mainly composed of montmorillonite, quartz, feldspar, mica, chlorite and serpentine, with sheet-linked microstructure of silt and microbial debris filling with honeycomb flocculation microstructure of clay mineral together. The simulative soil substituting for the deep-sea sediment should be prepared based on the mineral composition, particle size, water content, specific surface area and shear strength as well as liquid limit, plastic limit and microstructure of the deep-sea sediment. The research results can provide an important basis for walking-characteristic study and optimization design of the deep-sea mining machine.

Key words: physical properties, mechanical properties, mineral composition, microstructure, deep-sea sediment

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[1] 徐云山, 孙德安, 曾召田, 吕海波, . 膨润土热传导性能的温度效应[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 39-45.
[2] 赵波, 张广清, 唐梅荣, 庄建满, 林灿坤, . 长期注水对致密砂岩油藏岩石力学 性质影响机制研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3344-3350.
[3] 俞 缙, 张 欣, 蔡燕燕, 刘士雨, 涂兵雄, 傅国锋, . 水化学与冻融循环共同作用下砂岩细观损伤 与力学性能劣化试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 455-464.
[4] 刘 钟, 张楚福, 张 义, 吕美东, 许国平, 陈天雄, . 囊式扩体锚杆在宁波地区的现场试验研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 295-301.
[5] 张 帆,胡 维,郭翰群,胡大伟,盛 谦,邵建富,. 热处理后花岗岩纳米压痕试验研究[J]. , 2018, 39(S1): 235-243.
[6] 周 芬,梁 强,杜运兴. 单根无黏结预应力筋对加筋体力学性能的影响[J]. , 2018, 39(7): 2442-2450.
[7] 陈卫昌,王思敬,李 黎,张晓平,王彦兵, . 改性料礓石力学性质试验[J]. , 2018, 39(5): 1796-1804.
[8] 毛 新,汪时机, 程明书,陈正汉,王晓琪,. 膨胀土初始破损与湿干交替耦合作用下的力学行为[J]. , 2018, 39(2): 571-579.
[9] 田 威,裴志茹,韩 女. 基于CT扫描与3D打印技术的岩体三维重构及力学特性初探[J]. , 2017, 38(8): 2297-2305.
[10] 苏承东,韦四江,秦本东,杨玉顺,. 高温对细砂岩力学性质影响机制的试验研究[J]. , 2017, 38(3): 623-630.
[11] 李光雷,蔚立元,靖洪文,苏海健,张 涛,李 明,. 酸腐蚀后灰岩动态压缩力学性质的试验研究[J]. , 2017, 38(11): 3247-3254.
[12] 陈 俊,符文熹,戴 峰,邓建辉. 用于填筑路堤加固的竹筋格栅力学性能[J]. , 2017, 38(1): 174-179.
[13] 徐 平,张天航,孟芳芳,. 工字钢水泥土搅拌墙基坑支护的力学性能研究[J]. , 2016, 37(S2): 769-774.
[14] 廖晓兰 ,杨久俊 ,张 磊 ,张宝莲 ,梁 超,. 丙烯酰胺聚合固化盐渍土试验研究[J]. , 2015, 36(8): 2216-2222.
[15] 伍 艳 ,任海平 ,王玮屏 ,兰 雁 ,沈细中 , . 总氮对土物理力学性能影响的试验研究[J]. , 2014, 35(8): 2278-2285.
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[1] 关云飞,高 峰,赵维炳,俞 缙. ANSYS软件中修正剑桥模型的二次开发[J]. , 2010, 31(3): 976 -980 .
[2] 米海珍,高 春. 生石灰膨胀特性的试验研究[J]. , 2010, 31(4): 1253 -1256 .
[3] 何先龙,赵立珍. 基于多重互相关函数分析剪切波速[J]. , 2010, 31(8): 2541 -2545 .
[4] 孙熙平,张宝华,张 强,王笑难. 重力式码头基床遭水流冲刷后的稳定性分析[J]. , 2010, 31(10): 3184 -3190 .
[5] 张春会,赵全胜. 基于ARCGIS的矿山开采沉陷灾害预警系统[J]. , 2009, 30(7): 2197 -2202 .
[6] 孙 建 ,王连国 ,唐芙蓉 ,沈义峰 ,龚世龙. 倾斜煤层底板破坏特征的微震监测[J]. , 2011, 32(5): 1589 -1595 .
[7] 徐正明,薛 强,赵 颖. 改性污泥复合材料时间效应三轴力学特性试验研究[J]. , 2011, 32(6): 1713 -1718 .
[8] 陈 明 ,胡英国 ,卢文波 ,严 鹏 ,周创兵. 锦屏二级水电站引水隧洞爆破开挖损伤特性研究[J]. , 2011, 32(S2): 172 -177 .
[9] 王 涛 ,李 杨 ,周 勇 ,吕 庆 ,刘大炜. 关于磷石膏尾矿库安全专篇的研究[J]. , 2011, 32(S2): 407 -412 .
[10] 乔春江 ,陈卫忠 ,王 辉 ,田洪铭 ,谭贤君. 浅埋破碎地层隧道施工方法研究[J]. , 2011, 32(S2): 455 -462 .