为探究红层泥岩填料的宏观膨胀与微观特征的响应关系,通过有荷、无荷膨胀性试验分析了不同膨胀性泥岩填料的膨胀时程曲线;采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜试验(SEM)研究了泥岩填料的矿物组分和微观结构,从而建立以微观特征参数为中间变量的宏观变形与微观结构定量关系。结果表明:在无荷条件下,泥岩填料膨胀率为泥岩的28.3倍,且膨胀率随蒙脱石掺量呈指数增长;与无荷膨胀率相比,有荷膨胀率显著降低,蒙脱石掺量越高,膨胀率降低速率越慢。试验后黏土矿物含量增加了4.57%,随蒙脱石掺量增加,结晶度和平均晶粒尺寸分别降低18.1%和16.5 nm,几何特征参数与蒙脱石掺量呈线性关系,蒙脱石含量越高,孔径为1~2 μm的孔隙数量越多,且膨胀率与微观特征参数之间呈显著指数增长关系。
Abstract
To investigate the relationship between macro swelling and micro characteristics of red mudstone fillers, we conducted loaded and unloaded swelling tests to analyze the swelling rate and time curves of different red mudstone fillers. Additionally, we performed systematic tests on these fillers using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) to examine their mineral fractions and microstructures. Our aim was to establish a quantitative relationship between macro swelling and microstructure, with micro characteristic parameters as intermediate variables. The results reveal that under unloaded conditions, the swelling rate of the mudstone filler was 28.3 times that of pure mudstone, and this rate increased exponentially with the addition of montmorillonite. Upon loading, the swelling rate decreased significantly compared to the unloaded state, with a slower decrease observed for fillers with higher montmorillonite content. After the tests, clay mineral content increased by 4.57%. Furthermore, as montmorillonite content increased, the crystallinity and average crystal diameter decreased by 18.1% and 16.5 nm, respectively. The geometric characteristic parameters exhibited a linear relationship with montmorillonite content. Additionally, the number of pores with a diameter of 1-2 μm increased with higher montmorillonite dosage. Finally, we established an exponential growth relationship between swelling rate and micro characteristic parameters.
关键词
红层泥岩填料 /
膨胀变形 /
XRD /
SEM /
孔隙率 /
微观特征参数
Key words
red mudstone filler /
swelling deformation /
XRD /
SEM /
porosity /
microscopic characteristic parameters
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基金
地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室开放基金项目(SKLGP2021K017);岩土力学与工程国家重点实验室开放基金项目(SKLGME021014);四川高速公路建设开发集团有限公司科技项目(2022-cg-ky-3);中国中铁股份有限公司研究项目(中国中铁2020-引导-301);国家自然科学基金项目(42071087)
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