粘土巖

1 失水對軟巖穩(wěn)定性的影響

現場和室內觀測都表明，當新鮮粘土巖等(一般稱之為軟巖)開挖出來并立即浸人水中時，即使浸泡許多天也可以保持原狀不崩解，不崩裂。但當此類軟巖在大氣中脫水或稍稍失水后再浸入水中時，就可能發(fā)生不同程度的崩裂或崩解，這種崩解和崩裂明顯與軟巖中的粘土礦物成分有關。

2 粘土礦物成分及含量對軟巖水穩(wěn)定性的影響

崩解試驗表明．盡管試樣都含有脹縮性粘土礦物一蒙脫石，但蒙脫石含量的多少對崩解程度有著直接的影響。在石英、長石等非粘土礦物含量大致相等的328#，41 ，43 ，和808#4樣中．蒙脫石含量超過伊利石與高嶺石之和的328#和8O樣都崩解為碎屑堆積，而伊利石與高嶺石之和明顯大于蒙脫石的41樣雖也崩解，但較前兩樣輕微，而蒙脫石含量約為伊利石與高嶺石之和的一半的43樣則僅有少許脫落。表明了蒙脫石對崩解性狀的影響要明顯大于非脹縮性礦物伊利石和高嶺石。從非粘土礦物總量約為35%-38%的81 ．81 及816#3樣來看，蒙脫石含量占優(yōu)的前兩樣皆崩解成碎屑，而伊利石與高嶺石占優(yōu)的81 樣則崩解成碎塊。81 與432 樣相比，前者非粘土礦物含量雖然高于后者，非脹縮性粘土礦物含量也明顯低于后者，后者理應有更強的崩解性狀，事實是前者的崩解性狀更強烈，原因僅僅是前者的脹縮性粘土礦物較后者高一些?？傊?，從崩解試驗結果可以明顯看出，試樣的崩解性狀與其所含脹縮性粘土礦物蒙脫石有直接關系。

3 結構擾動對軟巖吸永泥化形成的影響

所謂結構．一是指巖體完整性受到擾動和破壞的宏觀結構，如地質構造運動、人類工程活動等造成巖體中的各種斷層、斷裂節(jié)理、裂隙等。二是肉眼看不到的、但在高倍顯微鏡下可以觀察到的微裂隙，顆粒排列特征等的細觀或微觀結構。

巖體在未受擾動時是完整致密的．對粘土巖類來說，是不透水的。在天然狀態(tài)下．埋藏于地下的巖體內是不會產生泥化或崩解的。已有的有關粘土巖的泥化研究資料表明，泥化物的天然含永量、容重、或干密度都與相鄰的具有同樣物質組成的未泥化物明顯不同：含水景高．容重、干密度小口，且都處于巖體受地質構造運動造成的破裂面或錯動帶上．充分說明構造運動造成的破裂結構對軟巖吸水泥化的重要性。

室內模擬試驗研究亦表明，粘土巖塊在直剪試驗后的破裂帶上的含水景提高，且隨著上下層的相對位移的增加而增加。當相對位移量足夠大時，含水量可超過巖塊的塑限，表明巖層破裂且產生相對錯動時，可吸水形成泥化物 。

前面的研究成果為我們討論粘土巖、泥巖等軟弱巖層的泥化和崩解機理提供了啟示。當原來處于力學平衡狀態(tài)的軟弱巖層由于地質構造運動或人類工程活動的作用，可能出現如下幾種情況。

(1)軟弱巖層沿層間界面破裂并發(fā)生層間大位移錯動。

(2)軟弱巖層聞界面局部破裂，但不發(fā)生層間大位移錯動。

(3)巖層斷面暴露在大氣中。

前兩種情況出現在深埋的地下，后一種情況常出現在人類的工程活動申，如洞室開挖。但不論哪一種情況，軟弱巖層的泥化都有一個共同的經歷，即失水-吸水-泥化或崩解。

本項目以我國粘土巖地下工程圍巖穩(wěn)定性問題為研究背景，開展了針對粘土巖的一系列室內試驗和測試，揭示了粘土巖水-力耦合力學機理，建立了粘土巖短長期水-力耦合模型，提出了粘土巖地下工程圍巖損傷破壞與穩(wěn)定性數值分析方法。經過本項目4年持續(xù)不斷的深入研究，取得了如下成果： （1）完成了粘土巖一系列室內宏細觀和短長期力學試驗，包括常規(guī)室內三軸試驗，三軸蠕變試驗，納米壓痕試驗以及滲透試驗，揭示了粘土巖中主要礦物成份對宏觀力學行為的影響機理、水相和主要礦物成份相互作用機理以及主要礦物成份含量變化對其水-力耦合行為的影響機理。 （2）以試驗結果和分析為基礎，采用非線性均勻化方法，建立了描述天然粘土巖短長期力學行為的多尺度模型；借助滲透系數試驗，建立粘土巖水-力耦合模型；基于不同濕度下的物性、三軸壓縮和蠕變及滲透系數試驗，考慮毛細壓力和表面張力的作用，建立了非飽和粘土巖短長期力學模型，進而建立了非飽和粘土巖水-力耦合模型；提出了粘土巖地下工程圍巖損傷破壞與穩(wěn)定性數值分析方法。 （3）在國內外學術交流方面：在基金的資助下去法國里爾科技大學里爾力學國家實驗室、美國普渡大學進行了交流訪問；參加了國內外本領域重要學術會議20次，并舉辦了兩次本專業(yè)領域的國際研討會，如巖土材料時效力學特性研究國際研討會和第一屆巖土力學與地下工程國際研討會，在這些會議上都作了關于本課題研究成果和進展的學術報告。 （4）本課題共發(fā)表見刊SCI論文共計19篇，已培養(yǎng)畢業(yè)博士研究生3名；授權發(fā)明專利1項，并獲得江蘇省科學技術二等獎1項，排名第1，水力發(fā)電科學技術獎一等獎1項，排名第6。 綜上，本課題在國家自然科學基金項目的資助下，圓滿完成了各項工作任務，取得了高質量的研究成果，達到了預期研究目標，完成的工作任務指標在各方面均超過了預期。 2100433B