西南红层泥岩填料膨胀变形宏-微观响应机制

邱恩喜; 陈秋玲; 孙希望; 张蕊; 万旭升; 渠孟飞; 王彬

doi:10.11988/ckyyb.20220692

长江科学院院报 >

2023 , Vol. 40 >Issue 11: 131 - 139

DOI: https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220692

岩土工程

西南红层泥岩填料膨胀变形宏-微观响应机制

邱恩喜 ,
陈秋玲 ,
孙希望 ,
张蕊 ,
万旭升 ,
渠孟飞 ,
王彬

展开

1.西南石油大学土木工程与测绘学院,成都 610500;
2.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,成都 610059;
3.中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室,武汉 430071;
4.中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司工程设计处, 昆明 650200

邱恩喜(1981-),男,江苏句容人,副教授,博士后,主要从事岩土工程方面的研究。E-mail: enxiqiu@163.com

收稿日期: 2022-06-16

修回日期: 2022-10-12

网络出版日期: 2023-10-12

基金资助

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)

收起

Macro-and-Micro Response Mechanism of Swelling Deformation of Red Mudstone Fillers in Southwest China

QIU En-xi ,
CHEN Qiu-ling ,
SUN Xi-wang ,
ZHANG Rui ,
WAN Xu-sheng ,
QU Meng-fei ,
WANG Bin

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1. School of Civil Engineering and Geomatics, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China;
2. State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection (SKLGP), Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China;
3. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China;
4. Engineering Design Department,Kunming Survey,Design and Research Institute Co.Ltd. of CRREC,Kunming 650200,China

Received date: 2022-06-16

Revised date: 2022-10-12

Online published: 2023-10-12

Fold

摘要

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。

关键词： 红层泥岩填料; 膨胀变形; XRD; SEM; 孔隙率; 微观特征参数

本文引用格式

邱恩喜 , 陈秋玲 , 孙希望 , 张蕊 , 万旭升 , 渠孟飞 , 王彬 . 西南红层泥岩填料膨胀变形宏-微观响应机制[J]. 长江科学院院报, 2023 , 40(11) : 131 -139 . DOI: 10.11988/ckyyb.20220692

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.

Key words： red mudstone filler; swelling deformation; XRD; SEM; porosity; microscopic characteristic parameters

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