黑色页岩遇水膨胀机理试验研究

摘要

目前，对膨胀性岩土的研究比较常见，宏观的膨胀特性试验理论和数值分析方法比较成熟。但是对于黑色页岩的膨胀特性并没有深入系统的研究，尤其是从微观角度进行试验分析。因此有必要在当前相关学科的研究基础上，对黑色页岩的膨胀机理和膨胀本构模型进行研究。本文分别从宏观试验、微观试验两个方面出发，分析探讨了黑色页岩的膨胀特性，主要研究内容包括以下几个方面:
　　(1)微观试验方面:通过XRF试验确定黑色页岩内部主要化学元素、化学成分，分析其在各风化阶段变化情况;通过XRD试验确定黑色页岩内部主要矿物成分，分析在不同风化阶段变化情况;通过SEM试验分析黑色页岩微观形貌以及其在浸水后微观形貌变化;通过TEM试验分析黑色页岩晶格像以及其在浸水后晶格像变化。由试验结果可知黑色页岩内部结构在浸水后变得疏松、多孔，使得水分能够充分进入到岩体内部加快岩体的风化，在风化过程中有粘土矿物出现，而粘土矿物本身遇水体积增大;且黑色页岩所含主要矿物在浸水后晶层间距逐渐增大，进而表现出膨胀特性。
　　(2)宏观试验方面:通过黑色页岩无荷膨胀特性试验，探讨风化时间段、浸泡溶液、浸泡溶液浓度对无荷膨胀特性的影响，得出黑色页岩膨胀率随岩体风化时间的增长、浸泡溶液浓度的降低、浸泡溶液阳离子价的减小而增大的结论;通过有荷膨胀特性试验，得出了上覆压力越大膨胀率越大小的结论;通过膨胀力试验，探讨初始含水量、浸泡溶液、浸泡溶液浓度对膨胀力的影响，由试验结果可知Ca2+相对于Na+离子膨胀力增长约为2.5％，而Fe3+相对于Ca2+离子的膨胀力增长约为4.6％。0.01mol/lNaCl浸泡相对于0.05mol/lNaCl浸泡膨胀力增大了2.36％，0.05mol/lNaCl浸泡相对于0.1mol/lNaCl所得膨胀力增长了7.9％，得到了初始含水量越大，浸泡溶液浓度越大，浸泡溶液阳离子价越高，膨胀力越小的结论。
　　(3)结合宏观试验结果与微观试验结果，对黑色页岩的膨胀机理进行阐述。并由宏观膨胀力与晶层膨胀力关系，晶层膨胀力与晶层之间关系以及晶层间距与应变之间的关系，推导了膨胀本构模型。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文选题的研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 黑色页岩研究现状

1．2．2 岩、土体膨胀特性研究现状

1．3 研究目标和主要研究内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 主要研究内容

1．4 研究技术路线

2 黑色页岩微观试验和结果分析

2．1 黑色页岩微观试验概况

2．2 X射线荧光光谱(XRF)试验及结果分析

2．2．1 试验方案及仪器

2．2．2 试验结果分析

2．3 X射线衍射分析(XRD)试验及结果分析

2．3．1 试验方案

2．3．2 试验结果分析

2．4 扫描电镜(SEM)试验及结果分析

2．4．1 试验方案

2．4．2 试验结果及分析

2．5 透射电镜(TEM)试验及结果分析

2．5．1 试验方案

2．5．2 试验结果及分析

2．6 本章小结

3 黑色页岩风化土宏观膨胀试验

3．1 黑色页岩宏观试验概述

3．2 无荷载膨胀特性试验

3．2．1 试验简介

3．2．2 试验结果分析

3．3 有荷膨胀特性试验结果简析

3．3．1 试验简介

3．3．2 试验结果分析

3．4 黑色页岩膨胀力变化规律试验研究

3．4．1 试验简介

3．4．2 试验结果分析

3．5 本章小结

4 黑色页岩膨胀机理及膨胀模型

4．1 黑色页岩土体膨胀机理

4．2 膨胀本构模型

结论与展望

1 结论

2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研项目