岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (9): 2983-2996.doi: 10.16285/j.rsm.2025.1002CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.1002
张国栋1,凌斯祥2,廖子星2,巫锡勇2
ZHANG Guo-dong1, LING Si-xiang2, LIAO Zi-xing2, WU Xi-yong2
摘要:
为探究荷载作用下红层泥岩膨胀的多尺度演化特征,以川中侏罗系红层为对象,开展了宏观吸水膨胀试验、微观结构观测及分子动力学模拟,揭示了红层泥岩宏观膨胀的微−纳观演化机制。结果表明,红层泥岩膨胀过程可分为快速、减速和稳定三个阶段;随上覆荷载增大,其宏观膨胀力和吸水率呈线性下降趋势,但在100 kPa荷载下出现异常峰值,归因于该临界荷载引发新生微裂隙,从而促进水分渗入与矿物水化。微观结构分析显示,微孔区间内孔隙分形维数在峰值荷载处达到最大值1.88,表明微观结构复杂度与宏观膨胀呈显著正相关。分子动力学模拟从纳米机制揭示了荷载对黏土矿物层间水分子与离子扩散性能的抑制效应,水分子与Na+的扩散系数分别降低至3.3×10−7、2.0×10−7 cm2/s,增强了矿物水化结构稳定性。从宏–微–纳观多尺度阐明了泥岩吸水膨胀机制及演化规律,为解决红层地区高速铁路路基地质灾害提供了理论参考。
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