温湿环境下泥质膨胀岩的强度软化试验研究

摘要

在膨胀围岩隧道软弱围岩段施工过程中，常常因开挖导致围岩应力重分布，使围岩产生塑性变形；又因周围环境的改变，对处于高温、高潮湿环境下的泥质膨胀岩，极易与水发生作用，产生膨胀变形，复杂的围岩压力会给隧道的衬砌稳定和安全施工带来严重的威胁。因此，研究泥质膨胀岩在温湿环境下的水理作用特性及强度软化规律有着非常重要的意义。
　　本文以国家自然科学基金项目（No:51368014）“炎热多雨环境下膨胀围岩隧道施工的时变力学性态研究”为研究背景，以泥质膨胀岩为研究对象，通过分析泥质膨胀岩的物理力学特征，选择合理可行的试验方法，对泥质膨胀岩在温湿环境下的水理作用特性及其强度软化规律进行试验研究。论文取得的主要成果如下：
　　1.通过阅读国内外文献，总结前人的研究成果，根据泥质膨胀岩的判别原理和方法，合理选择六项判别指标，应用灰色聚类法进行判别分级，得出试验所采用的岩石为弱膨胀岩。
　　2.泥质膨胀岩干燥岩块在不同水温下吸水崩解软化速率不同。温度的升高，使泥质膨胀岩的吸水率增加，崩解软化速率加快，崩解软化时间更短，崩解后矿物颗粒粒径更小；在相同体积情况下，随着岩样干密度的增大，膨胀岩的饱和吸水率减小；干密度一定时，泥质膨胀岩重塑岩样在不同初始含水率条件下的饱和吸水情况基本相同；在相同干密度的情况下，泥质膨胀岩膨胀性矿物颗粒含量越大，吸水量越大，岩样的饱和吸水率随膨胀性矿物颗粒含量的增大而增大。
　　3.泥质膨胀岩在不同温湿度环境下的抗剪强度各不相同。温度的升高，加大了膨胀岩内部水分的蒸发，导致岩体失水收缩，内部结构变得紧密，水的润滑作用也减弱，泥质膨胀岩的黏聚力和摩擦角均增大，但增长幅度较小；随着含水率的增加，泥质膨胀岩吸水发生体积膨胀,分子间吸引力减小，内部矿物颗粒胶结变得松散，水的润滑作用加强，黏聚力和摩擦角均降低。
　　4.随着膨润土掺入比例的增大，岩样内部膨胀性矿物颗粒含量逐渐增大，泥质膨胀岩的自由膨胀率逐渐增大，膨胀性增强，泥质膨胀岩的黏聚力和摩擦角均逐渐增大，含水率较低时增长明显，含水率较高时，黏聚力增长幅度较小，摩擦角呈减少的趋势发展；随着含水率的增大，泥质膨胀岩的黏聚力和摩擦角都逐渐减少，且减少幅度较大。
　　5.温度、湿度和膨胀性矿物颗粒含量对泥质膨胀岩黏聚力和摩擦角影响程度规律为：湿度影响最大，膨胀性矿物颗粒含量次之，温度最小。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究的意义

1.2 国内外研究的现状

1.3 本文主要研究的内容和技术路线

第2章 泥质膨胀岩的特征及判别

2.1泥质膨胀岩的物理特征

2.2 泥质膨胀岩的强度特征

2.3泥质膨胀岩的判别分类

2.4 灰色聚类法的应用

2.5 本章小结

第3章 温湿环境下泥质膨胀岩的水理作用特性

3.1 不同水温下泥质膨胀岩的吸水特性

3.2 不同干密度下的泥质膨胀岩饱和吸水试验

3.3 不同初始含水率下的泥质膨胀岩饱和吸水试验

3.4 不同膨胀性矿物颗粒含量的泥质膨胀岩饱和吸水试验

3.5 本章小结

第4章 温湿环境下泥质膨胀岩的强度软化特征

4.1 不同温湿环境作用下的泥质膨胀岩抗剪强度试验

4.2 不同膨润土掺入比例的泥质膨胀岩自由膨胀率试验

4.3 不同膨润土掺入比例和含水率的泥质膨胀岩抗剪强度试验

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

个人简介

攻读硕士学位期间发表论文及科研情况

致谢