富水环境下泥质板岩膨胀演变各向异性特征研究

摘要：

针对富水环境下含结构面的泥质板岩在膨胀过程中所表现的各向异性特征,制备含不同角度结构面的泥质板岩重塑样,开展膨胀特性试验、核磁共振试验和扫描电子显微镜试验,分析泥质板岩膨胀各向异性宏观演变规律和微观结构变化特征;基于试验结果,建立含结构面倾角的泥质板岩三维膨胀本构模型和膨胀应力细观表达式.结果表明:在富水环境中,在结构面倾角的影响下,重塑样膨胀率-膨胀荷载呈非线性关系,与天然泥质板岩曲线趋势表现一致;在相同轴向荷载下,轴向极限膨胀率与结构面倾角呈负相关;含不同倾角结构面泥质板岩的侧向约束轴向极限膨胀率、恒体积下轴向极限膨胀应力表现出明显的各向异性,二者均与结构面倾角呈负相关;膨胀稳定后以小孔隙和中孔隙为主,大孔隙较少;泥质板岩微观基本单元以片状颗粒为主,部分为块状颗粒,且颗粒空间排列定向性较明显,颗粒之间主要为片状体的面面接触,叠聚呈塔状;随结构面倾角的增大,孔隙数量、孔隙面积和面孔率逐渐减小,孔隙边缘趋向于复杂化;含结构面的泥质板岩三维膨胀本构模型和膨胀应力细观表达式从宏-细-微观尺度定量表征了富水环境下泥质板岩膨胀演变的各向异性特征.研究成果可为软岩膨胀机制研究和软岩膨胀问题处治提供参考.

关键词：岩石力学、泥质板岩、膨胀特性、各向异性、本构模型

所属期刊栏目：41

分类号：TU45(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金41402259

在线出版日期：2023-02-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共15页

页码：2210-2224