干湿循环作用下膨胀岩的崩解特性试验研究

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1、密级：公开中图分类号：TU458硕士学位论文干湿循环作用下膨胀岩的崩解特性试验研究研究生：张宗堂导师：高文华教授学科：土木工程研究方向：岩土工程2018年6月ExperimentalStudyonDisintegrationCharacteristicofSwellingRockSubjectedtotheDryandWetCycleCandidate：ZhangZongtangSupervisorandRank：Pro.GaoWenhua干湿循环作用下膨胀岩的崩解特性试验研究学位类型学术型学位作者姓名张宗堂作者学号15010202037学科（专业学

2、位类别)土木工程研究方向（专业领域)岩土工程导师姓名及职称高文华教授实践导师姓名及职称高文华教授所在学院土木工程学院论文提交日期2018年6月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关

3、部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要膨胀岩的分化崩解可导致边坡剥落、形成岩腔而诱发崩塌，为滑坡、泥石流等提供物源，是很多地质灾害的致因。工程中常将崩解后的膨胀岩用做路基填料，但其大颗粒的崩解性对于路基的长期稳定性也存在一定的安全隐患。本文以湖南株洲地区的膨胀岩为研究对象，对其在干湿循环作用下的崩解特性展开研究，其研究成果对揭示膨

4、胀岩崩解机理和指导工程实践具有较好的理论和实际意义。本文的主要研究内容与结论如下：1.研究了膨胀岩的崩解机理。开展了SEM、EDS、XRD试验，采用数字成像系统、能谱分析、Jade6.0软件等分析方法，分析了膨胀岩的原生空隙与结构、元素含量及矿物成分，并基于上述试验研究了膨胀岩的崩解机理。结果表明：膨胀岩的原生孔隙较发育，1号样颗粒结构完整，2号样片状结构明显，且其具有局部疏松和定向排列的特点；膨胀岩主要含有O、Mg、Al、Si、K、Ca、Fe七种元素，其中O元素的质量分数超过50%；膨胀岩的矿物成分主要有：石英、方解石、长石、云母、高岭石、绿泥石、

5、伊利石、绿脱石、蒙脱石等，其中石英含量最多，在两岩样中均达到40%以上；膨胀岩在干湿循环作用下重复经历着“吸水膨胀与楔裂破坏耦合-失水干裂收缩”的作用，导致膨胀岩不断崩解。2.研究了膨胀岩膨胀与崩解特性及其相关性。开展了自由膨胀率试验、侧限膨胀应力试验、侧向约束无荷载轴向膨胀率试验、浸水崩解试验，采用相关指标对膨胀与崩解特性进行了定量描述，研究了不同指标与循环次数的关系及崩解过程中的能量特征，基于上述试验研究了膨胀与崩解的相关性。结果表明：耐崩解性指数、标准基础熵、崩解比与循环次数具有良好的指数相关性，分形维数与循环次数具有良好的对数相关性；崩解后新

6、增表面能的变化规律可以直观地反应膨胀岩的崩解特性；膨胀性粘土矿物是导致膨胀岩崩解的重要原因之一，膨胀性与崩解特性的相关性取决于膨胀性的变化规律，随着岩样崩解破碎程度的逐渐加大，其膨胀性的变化规律与膨胀性随着循环次数的变化规律基本一致。3.干湿循环作用下膨胀岩崩解的影响因素众多，文中针对工程中涉及较广的因素展开研究。采用浸水崩解试验，制备222个试样分28组试验展开，包括：不同干燥温度、外界扰动、初始单块质量不同、干湿循环效应、微观结构及指标不同对崩解的影响。结果表明：静态浸水情况下，干燥温度对崩解特性的影响很大，相对于105℃、80℃、30℃的干燥温

7、度，60℃最有利于膨胀岩的崩解；外界扰动情况下，膨胀岩能够迅速崩解，且崩解程度几乎不受干燥温度的影响；与静态浸水情况相比，外界扰动情况下膨胀岩的崩解速率明显快于静态浸水情况下，但循环次数较多时，60℃干燥温度下膨胀岩的崩解速率能够达到与外界扰动情况下相当的水平；初始单块质量不同对膨胀岩崩解特性具有一定的影响，表现出单块质量越大，其崩解速率越快的变化规律；微观结构对其崩解的粒径分布具有很大影响；采用不同的指标对于膨胀岩崩解特性的描述存在一些细微的差i异，相对于耐崩解性指数、分形维数、崩解比而言，标准基础熵更适于作为判别岩石崩解性的指标。关键词：干湿循环

8、作用；崩解特性；膨胀岩；膨胀特性；崩解影响因素iiAbstractThedisintegrationofth