石灰加固膨胀土机理研究综述和展望

对石灰加固膨胀土机理的研究现状进行了综述,明确了石灰加固膨胀土性质变化的过程:离子交换是石灰加入土中最先发生的反应,之后发生絮凝和结团、结块,使膨胀土的性质快速发生变化。现有机理研究成果表明:硬凝反应是一个长期的过程,能提高土体的强度;碳酸化和结晶作用也有助于提高土体的强度;扩散和胶结是使土体内部产生变化的原因;微观结构和矿物组成的变化是石灰改性膨胀土的内因。提出了进一步从土中离子含量的定量变化、土的微观结构的定量分析、以及石灰加固膨胀土中吸力的变化等方面开展石灰加固膨胀土机理研究的新思路;并阐述了石灰加固膨胀土可能带来的环境污染基本上可以忽略。研究工作将有助于进一步揭示石灰改性膨胀土的机理。

微观结构差异对碳酸盐岩酸蚀损伤的影响

为明确碳酸盐岩矿物成分、微观结构、分布形态等对酸岩反应速率、微观结构以及力学强度的影响,开展了酸岩反应速率实验、表面静态溶蚀实验以及点荷载力学强度实验。结果表明,在盐酸质量分数保持不变的条件下,灰岩与盐酸的反应速率与碳酸盐含量直接相关,碳酸盐含量越高,酸岩反应速率越快,反应越剧烈;由于灰岩裂隙区域基质与裂隙填充物矿物成分存在差异,基质与裂隙孔隙率相差较大,酸液会沿着裂隙方向侵蚀,形成沟槽,并且继续向裂隙深处扩展;灰岩基质破坏形态是裂缝在基质中开始发育,扩展至天然裂隙延伸,最后造成局部破坏;随着滴酸次数的增加,灰岩基质力学损伤系数大于裂隙区域力学损伤系数,灰岩基质由脆性向延性转化。

碱－碳酸盐岩反应的膨胀机理

应用分析电镜／能谱仪（ＡＥＭ／ＥＤＳ）和薄膜试样分析技术，研究了与碱反应前后活性碳酸盐岩的结构和组成变化。根据研究结果把碱－碳酸盐岩反应膨胀机理归为：固相产物吸水肿胀和产物水镁石和方解石晶体生长和重排产生的结晶压力。膨胀值的大小取决于产物层的表观体积。

不同热处理温度下红层泥岩的失重-膨胀机制研究

为了研究川东上沙溪庙组红层泥岩在不同热处理温度下的质量、裂隙、孔隙、微观结构及膨胀性能的变化规律,开展不同温度热处理实验,采用场发射电子显微镜、N2吸附孔隙测定及数字化放射影像实验(DR),对热处理岩样的微观结构差异性、细观孔隙特征及宏观裂隙发育规律进行研究,获取岩样烘干过程的质量变化与膨胀规律,以揭示热处理对泥岩膨胀机制的影响。结果表明:(1)随着热处理温度的升高,岩样质量损失呈现快速失水-缓慢失水及缓慢失水2种模式,上沙溪庙组红层泥岩中水分完全排出需要>130℃的热处理温度;(2)高温热处理出现黏土矿物层间张开及沿层断裂的现象,而低温热处理多为层内断裂,热处理温度对热处理后宏观裂隙的贡献度低于原生裂隙;(3)随着热处理温度的降低,孔隙内0.5~2 nm的细小颗粒明显增多,在110℃时该颗粒物数量达到峰值。热处理温度对微观孔隙尺寸影响明显,与天然状态的孔隙单峰分布相比,高温热处理后孔隙分布呈现双峰的规律;(4)低温处理下呈现出宏观裂隙控制型,而高温处理下呈现出宏观裂隙-微观孔隙控制型的膨胀模式,且提高热处理温度可显著提高快速膨胀阶段的曲线斜率及最终膨胀量。研究结果揭示了不同热处理温度处理下微观结构-孔隙特征、宏观裂隙发育规律及热处理温度对膨胀特性的影响,同时可预判已知热处理条件下,上沙溪庙组红层泥岩烘干程度,对特定条件下膨胀率最终值的修正提供参考。