攀枝花机场三叠系泥岩工程特性及软化机理研究

摘要

研究区位于攀枝花机场12＃滑坡东侧，场区基岩主要为三叠系宝顶组泥岩段，以炭质泥岩为主，夹砂岩、粉砂质泥岩。12＃滑坡及下方易家坪老滑坡下伏基岩上，绝大部分分布有泥岩，填筑料因取自宝顶组泥岩段，含大量的泥岩碎块碎屑。显然，攀枝花机场10.3填筑体失稳及老滑坡复活都与泥岩的软化有关。因此，本文针对该地区泥岩遇水软化的特性开展一系列试验研究。
　　本研究主要内容包括：⑴泥岩初始成分及结构是泥岩（块）、泥岩结构面遇水软化的基础。研究区泥岩主要由粘土矿物、原生矿物、简单盐类、碳质组成。其中，粘土矿物含量占50～95％，原生矿物占4％～35％;简单盐类中大多数为可溶盐。碳质含量占1％～10％，与粘土矿物呈互染状，将削弱粘土矿物颗粒之间的联结。从微观结构上，粘土矿物呈隐晶-微晶质集合体、平行堆叠结构，粘土矿物与原生矿物颗粒之间为固体盐类胶结。以上初始成分结构，决定了研究区泥岩的天然强度不高(单轴抗压强度≈10MPa)，水稳性差、软化性强。⑵采用纯水浸泡试验表明：研究区泥岩（块）含水率、孔隙率在饱水过程中均呈现持续上升、单轴抗压强度及抗剪强度则呈持续衰减趋势;饱水30天后，泥岩含水率、孔隙率分别增长122.77％、142.72％;单轴抗压强度下降81％，c、f值分别减小67.86％和53.12％；泥岩结构面物理力学性质的变化趋势大体上同泥岩（块）的变化趋势，但它与水的作用更剧烈，软化过程更快，其抗剪强度指标饱水10天后就开始趋于稳定。饱水30天后，含水率、孔隙率分别增长166.67％、195.97％，c、f值分别减小6327％和41.67％。⑶泥岩的浸润具有明显的各项异性特征。无应力状态下，浸润方向平行层理面时含水率、孔隙率及浸润深度上升速率明显比垂直层理面组快。在不同剪应力水平下，沿剪切（潜在破坏）面方向的浸润深度、上下试块的含水率、孔隙率均随剪应力水平增加而增大;剪切面平行层理时的浸润深度、含水率、孔隙率的增长要大于垂直层面剪切的情况，且在低应力水平两者的差异较大，在较高应力水平两者差异较小。⑷地下水与应力作用是导致泥岩软化的主要外部因素。采用研究区地下水作浸泡液，泥岩的化学成分的溶解与析出受到一定程度的抑制，泥岩力学性状的软化程度不及纯水浸泡液的情况。此外，在一定的应力作用下，不仅会直接导致泥岩矿物颗粒之间的结构联结弱化，而且所产生的微裂纹，有利于地下水的浸入，从而加剧泥岩的软化过程。⑸研究区泥岩软化主要存在四种物理化学作用:一是以固体可溶盐溶解析出为特征的化学溶蚀作用;二是伴随泥岩溶蚀、孔隙增多增大过程的楔劈作用;三是泥岩中白云母、长石的水解作用;四是水的润滑作用。其中，化学溶蚀作用是主要的，且随饱水时间的增加而减弱，楔劈作用主要发生在饱水的中后期（即化学溶蚀进行到一定程度）;水解作用总体比较微弱，润滑作用主要存在于有贯通裂隙的情况（如泥岩结构面的情况）。⑹将泥岩（块）及结构面的软化过程大体上都分为三个过程。泥岩（块）:软化开始阶段（饱水0～10天）→软化持续阶段（饱水10～30天）→软化稳定阶段（饱水30～60天）;泥岩结构面:软化开始阶段（饱水0～5天）→软化持续阶段（饱水5～30天）→软化稳定阶段（饱水30～60天）。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 泥岩软化特性的研究现状

1．2．2 泥岩软化影响因素的研究现状

1．2．3 泥岩软化机理的研究现状

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

1．3．3 完成工作量

第2章 研究区泥岩的地质特征

2．1 研究区自然地理条件及地质背景

2．1．1 自然地理条件

2．1．2 地质背景

2．2 三叠系宝顶组泥岩岩性及岩相特征

2．2．1 空间分布特征

2．2．2 岩性及岩相特征

2．3 三叠系泥岩成分及结构特征

2．3．1 泥岩的成分特征

2．3．2 泥岩的结构特征

第3章 不同饱水时间下泥岩物理力学性质

3．1 取样及试验情况

3．2 泥岩常规物理力学性质

3．2．1 天然泥岩的物理性质

3．2．2 天然泥岩的力学性质

3．3 不同饱水状态下泥岩的物理力学性质

3．3．1 饱水前后泥岩样品状态描述

3．3．2 不同饱水时间泥岩的物理性质

3．3．3 不同饱水时间泥岩的力学特性分析

3．4 本章小结

第4章 泥岩的浸润特性试验

4．1 试验情况简介

4．1 无应力状态下泥岩的浸润试验

4．2 不同应力状态下泥岩的浸润试验

4．2．1 不同剪应力下试样裂纹发育情况

4．2．2 不同应力下泥岩浸润试验结果

4．3 有应力与无应力状态泥岩浸润特性比较

4．4 本章小结

第5章 泥岩软化过程的微观测试分析

5．1 泥岩软化过程中的微观测试

5．2 饱水过程中泥岩及浸泡液化学成分变化及分析

5．2．1 泥岩的化学成分分析

5．2．2 浸泡液的化学成分分析

5．2．3 泥岩化学成分与浸泡液的成分的关系

5．3 饱水过程泥岩的矿物成分变化及分析

5．4 饱水过程中泥岩(层面)表面形貌特征

5．4．1 试验及样品情况简介

5．4．2 饱水过程中泥岩层面表面形貌

5．5 本章小结

第6章 泥岩软化过程及机理的综合分析

6．1 泥岩成分结构变化及其影响因素

6．1．1 泥岩初始成分结构的影响

6．1．2 饱水过程中泥岩成分结构的变化

6．1．3 浸泡液对泥岩成分变化的影响

6．1．4 应力状态对泥岩结构变化的影响

6．1．5 泥岩浸润的各向异性特征

6．2 泥岩成分-结构-力学指标的相关性分析

6．2．1 泥岩成分～结构之间的相关性分析

6．2．2 泥岩成分～力学指标之间的相关性分析

6．2．3 泥岩结构～力学指标之间的相关性分析

6．3 泥岩及结构面软化过程及物理化学作用

6．3．1 泥岩(块)软化过程中的物理化学作用

6．3．2 泥岩结构面软化过程中的物理化学作用

6．3．3 泥岩及结构面软化阶段及软化规律

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果