岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (S1): 332-340.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1424

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

干湿作用下受荷石膏质泥岩的不可逆膨胀特征

程树范1,曾亚武1,高睿1, 2,李涵1   

  1. 1. 武汉大学 土木建筑工程学院,湖北 武汉 430072;2. 三明学院 建筑与土木工程学院,福建 三明 365004
  • 收稿日期:2022-09-14 接受日期:2022-11-20 出版日期:2023-11-16 发布日期:2023-11-17
  • 通讯作者: 曾亚武,男,1964年生,博士,教授,主要从事岩石力学与工程方面的教学与研究。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,工程师,主要从事交通岩土工程方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 51878521,No. 12172280,No. 42107175)

Unrecoverable expansion characteristic of confined compressive clay-sulfate rock under drying-wetting cycles

CHENG Shu-fan1, ZENG Ya-wu1, GAO Rui1, 2, LI Han1   

  1. 1. School of Civil Engineering, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China; 2. School of Architecture and Civil Engineering, Sanming University, Sanming, Fujian 365004, China
  • Received:2022-09-14 Accepted:2022-11-20 Online:2023-11-16 Published:2023-11-17
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51878521, 12172280, 42107175).

摘要: 为研究干湿作用及应力状态对石膏质泥岩膨胀性的影响,采用自行设计的试验装置对采自平-绵高速公路天水2号隧道的原状岩样进行荷载耦合的干湿循环试验,就循环过程中及干湿循环后泥岩的宏观膨胀规律和细观膨胀机制进行分析。研究结果表明:(1)该试验装置可以实现干湿循环与特定应力状态(侧限压缩)的全过程耦合,且试样无自由表面,与地下岩体真实赋存状态较为接近;(2)当法向压力小于试样膨胀应力时,第1次吸水后试样有明显膨胀变形,在排水固结后可恢复的变形比例较小,而继续干湿循环,试样的胀缩变形将不再明显;(3)第1次干湿循环后,泥岩内矿物由颗粒胶结状态退化为絮状堆积状态,黏土化趋势明显,膨胀应力下降比例超过80%;(4)增加法向压力虽然可以减小甚至消除干湿循环过程中石膏质泥岩的膨胀变形,但无法抑制其细观结构的劣化;(5)通过有荷载的干湿循环,以一定的围岩变形为代价,可以减弱石膏质泥岩的膨胀性,但需要注意干湿循环也会降低石膏质泥岩的抗剪强度。上述结论对于石膏质泥岩地区隧道建设及地质灾害防治具有一定的指导作用。

关键词: 耦合作用, 干湿循环试验, 细观结构, 石膏质泥岩, 膨胀岩

Abstract: To understand the effect of drying-wetting cycles on the expansion characteristic of confined compressive clay-sulfate rock, a series of cyclic drying-wetting tests was carried out by a self-designed instrument. The test samples were special clay-sulfate rock collected from the Tianshui No. 2 tunnel of the Pingliang (Gansu) to Mianyang (Sichuan) expressway. The macroscopic expansion regulation and mesoscopic expansive mechanism of the samples during the drying-wetting cycles were analyzed. The results show that: (1) The self-designed instrument can couple the drying-wetting cycle in a confined compressive stress state in the whole process of the test. Meanwhile, there is no free surface of the specimens, which accords with the real occurrence of the underground rock mass. (2) When the normal pressure is less than the expansive stress of clay-sulfate rock, the volume of the sample increase significantly after the first wetting process, and the proportion of recoverable expansive deformation is small in the subsequent drying process. (3) After the first drying-wetting cycle, the mineral particles of specimens degenerate from cementation to flocculent accumulation, which is an argillation process, with a proportion of decrease in expansion stress exceeding 80%. (4) Normal pressure can reduce the expansion deformation of clay-sulfate rock, however, it cannot inhibit the degeneration of mesostructured of clay-sulfate rock. (5) The loaded drying-wetting cycles may eliminate the expansibility of clay-sulfate rock, at the expense of some unrecoverable deformation. However, it maybe reduce the shear strength of the surrounding rock at the same time. The main conclusions of this study play a guiding role in tunnel construction and geological hazard prevention in clay-sulfate rock areas.

Key words: coupling effect, cyclic drying-wetting test, mesostructure, clay-sulfate rock, swelling (expansive) rock

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