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《成都理工大学》 2017年
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攀枝花机场三叠系泥岩工程特性及软化机理研究

潘迪  
【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,并得出以下几点认识:(1)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。(2)采用纯水浸泡试验表明:(1)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%;(2)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63.27%和41.67%。(3)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。(4)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。(5)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)。(6)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)。
【学位授予单位】:成都理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU45;V351.1

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【参考文献】
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