含水率对膨胀岩膨胀应变的影响研究

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摘要： 通过某铁路膨胀岩的室内试验研究，分析了膨胀岩在不同含水率状态下，膨胀岩的膨胀应变特征与过程，提出了起始膨胀含水率的概念。该概念具有相当的工程意义。

Abstract: A railway through the swelling rock of the laboratory experiments, analysis of the swelling rocks in different water conditions, deformation characteristics and deformation process, and further proposed the initial swelling of moisture content. The concept has considerable engineering significance.

关键词： 膨胀岩；膨胀变形试验；起始膨胀含水率

Key words: swelling rock；swelling deformation test；initial swelling of moisture content

中图分类号：U212.22 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）05-0086-01

0引言

某新建铁路通过膨胀岩分布的位置，主要膨胀岩地层为上第三系（N）泥岩、下第三系那读组（E2-3n）泥岩及泥质粉砂岩和下第三系红色岩组（E1-2），膨胀岩具有胀缩性、碎裂性与低强度性三大特征[1]，为某新建铁路重点研究难题之一。本文结合该项目，通过室内膨胀岩试验，分析研究了在不同含水率条件下，膨胀岩的膨胀变形特征，根据研究成果为某新建铁路的建设服务。

1含水率对膨胀岩的影响

根据室内试验得出膨胀岩在不同含水率下的膨胀应变，根据试验成果绘制膨胀岩的膨胀应变与含水率的关系曲线（如图1）。

根据试验成果，膨胀岩膨胀应变与其含水率有密切关系，随着含水率的增加，其膨胀应变分为四个阶段，即①应变启动―②应变稳定―③应变加速―④应变稳定四个膨胀阶段。在含水率较低条件下，①应变启动阶段和②应变稳定阶段的膨胀应变量仅占总应变的5%，膨胀应变很小，当含水率大于某界限值后，膨胀应变进入③应变加速阶段，当含水率达到饱和后，膨胀应变也基本达到饱和，进入④应变稳定阶段。类比岩体缩水的“收缩界限值”，因此定义膨胀岩膨胀应变进入加速阶段的含水率为“起始膨胀含水率”，该试验膨胀岩的起始膨胀含水率是5%，膨胀岩应变进入稳定阶段的含水率为“极限膨胀含水率”，极限膨胀含水率一般是膨胀岩的饱和含水率。

根据膨胀岩微观结构分析，其矿物成分以黏土颗粒为主，主要膨胀黏土矿物包括蒙脱石、伊利石和高岭石。以蒙脱石矿物为例[2]，其结构为单元晶胞，晶胞活动性极大，水分子极易进入，从而改变晶胞间距离，甚至达到完全分散到单晶胞，当水分子进入晶胞达到一定程度后，宏观表现为膨胀岩的膨胀应变明显增加，即为“起始膨胀含水率”，伊利石和高岭石也有类似性质。

2结论

根据试验成果分析，总结出了膨胀岩在不同含水条件下膨胀应变特征，提出了起始膨胀含水率的概念，在工程施工中，通过控制膨胀岩含水率能很好的控制其膨胀应变，很好的为工程施工设计服务。

参考文献：

[1]范秋雁.膨胀岩与工程[M].科学出版社，2008：1，18-48.

[2]李国富.膨胀岩变形机理与注浆强化技术[J].采矿与安全工程学报，2007，12（4）：445-446.