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岩石膨胀特性和机理研究何沛田 ,吴相超 ,
岩石膨胀特性和机理研究
何沛田 ,吴相超 ,黄志鹏 ,张红
( 长江科学院 重庆岩基研究中心 ,重庆 400014)
摘 要 :对重庆市岩石地基进行物理力学特性的试验研究时 ,发现有一部分岩石浸水后 ,出现不同程度的
膨胀开裂崩解破坏 。对于该类岩石进行了岩石的膨胀特性和机理分析与研究 ;并提出了对具有膨胀特性的工 程岩体处理建议 。
关键词 :岩石膨胀 ;膨胀压力 ;膨胀变形 ;崩解破坏 ;蒙脱石
中图分类号 : TD313
文献标识码 : A
1 引 言
2 重庆市 (近郊) 膨胀岩石的分布及物质成分
重庆市位于嘉陵江与长江的汇合处 ,两岸地形
地貌复杂 ,多为丘陵地带 。其基岩属上三叠系至侏 罗系内陆湖相沉积的粘土岩 、砂质粘土岩 、砂岩 、粘
土质砂岩和石灰岩 。且岩相极不稳定 ,相互交错 ,
多为互层岩体 。由于该地区的土层厚薄不均 ,下卧 基岩界面坡度过大 ,在该地区修建建筑物时难以利 用土层作为持力层 ,多把建筑物的基础砌置在基岩
面上 。随着西部大开发和重庆市的发展 、老城区的 改造 、新住宅区的开发 ,大量的工程地质勘察采取 的岩石试样接踵而来 ,在对该地区岩石单轴抗压强 度测试中 ,常常出现以下两种现象 :
1) 岩石自然与饱和抗压强度比值较大 ,其差
值为几倍 、十几倍 、甚至几十倍 。饱和抗压强度明 显偏小 。
2) 岩石试样被水浸泡后 ,迅速开裂崩解 ,导致 试样破坏 ,无法进行饱和抗压强度的测试 。
过去多把这两种现象归咎于岩石微细裂隙发
育所致 。通过对重庆发电厂 、四川仪表总厂等工程 的岩石试样测试中 ,发现粘土岩 、砂质粘土岩和粘 土质砂岩的岩石试样浸水后 ,发生不同程度的膨胀 破坏 ,引起了岩石试样开裂崩解 ,造成了其饱和抗 压强度大幅度减小 ,以至丧失其强度 。
岩石试样遇水发生膨胀崩解 ,会产生一定的膨 胀压力和膨胀变形 ,于是将给工程建设带来很大的 危害 ,甚至使工程失事 。因此 ,对该地区岩石膨胀 特性的研究 ,应引起工程地质勘察设计的重视 。
先后在渝中区富城路住宅小区 、北碚区四川仪
表总厂工程 、南岸区供电局职工宿舍等工程中所采 的岩样 ,在浸水后发生了不同程度的膨胀变形 。上 述工程所处的地质构造位置 ,分别属于南泉背斜 、 观音峡背斜 、龙王洞背斜 、温塘峡背斜以及沥鼻背 斜等背斜间的向斜构造之中 ,但具有膨胀特性的岩 石均赋存在侏罗系沙溪庙组层位中的粘土岩 ,砂质 粘土岩和粘土质 砂岩 , 其 他各 层尚 未 发现 此类 岩 石 。
这类遇水发生膨胀的岩石经偏光显微镜鉴定 , 多为泥状结构 、土状构造 , 当粒径 2 mm 的矿物 以伊利石 (水云母) 和蒙脱石为主 ,其次为埃洛石 、 高岭石等 。从差热分析的结果可看出此类岩石矿 物的吸热峰和放热峰表明 ,伊利石 (水云母) 和蒙脱 石的峰既宽又深 , 说明了其含量较大 。从 X 衍射 分析得知 ,此类岩石矿物仍以伊 利石 ( 水 云母) 为 主 ,蒙脱石次之 。
通过岩石矿物鉴定 、差热分析和 X 衍射分析 可知 : 遇水发生膨胀的岩石矿 物 , 当粒 径 2 mm
的矿物一般以伊利石 ( 水云母) 和蒙脱石为主 。这 类岩石矿物亲水性较强 ,特别是蒙脱石矿物亲水性 能特强 ,遇水后会吸收大量的水分子 ,产生体积膨
胀 ,这正是岩石产生不同程度膨胀变形的原因 。
3 岩石吸水膨胀的力学性态分析
3 . 1 岩石吸水膨胀试验
为了研究岩石的膨胀特性 ,首先将岩石试块用
收稿日期 :2005 - 05 - 11
作者简介 :何沛田 ( 1953 - ) ,高级工程师 ,主要从事岩石力学试验研究 。
·52 · 2005 . №3 矿山压力与顶板管理
人工干法制 成 Φ50 ×20 mm 的圆 柱 体试 件 , 利用YP - 1 型岩石膨胀压力仪 ( 把试件平置的置于试 验盒内 ,并向试验盒内注满纯净水) 进行无荷载作用的自由膨胀试验 ,且测得岩石吸水后的最大膨胀变形量和相
人工干法制 成 Φ50 ×20 mm 的圆 柱 体试 件 , 利用
YP - 1 型岩石膨胀压力仪 ( 把试件平置的置于试 验盒内 ,并向试验盒内注满纯净水) 进行无荷载作
用的自由膨胀试验 ,且测得岩石吸水后的最大膨胀
变形量和相应的线膨胀率 。同时保证在试件体积
不变的条件下 ,用平衡加载的方法进行测定岩石膨 胀压力的试验 ,测得岩石遇水后的最大以及卸荷后
的膨胀变形量 (表 1) 。
表 1
岩石膨胀试验成果表
天然重度
γ0 / kN ·m - 3
天然含水率
ω0 / %
重度
γs/ kN ·m - 3
饱和含水率
ω0 / %
线膨胀率
/ %
最大膨胀压力
/
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