击实和三轴压缩条件下炭质泥岩的颗粒破碎及力学响应研究

为充分认识炭质泥岩的颗粒破碎行为及力学特性,对不同粗粒质量分数的炭质泥岩在最佳击实状态下的破碎程度进行三轴剪切试验,分析粗粒质量分数对炭质泥岩粒径级配及力学性能的影响规律,明确炭质泥岩颗粒破碎与围压、粗粒质量分数间的关系。研究结果表明:在压实过程中,炭质泥岩存在明显的颗粒破碎现象,且粗粒质量分数越高,其颗粒破碎越明显;炭质泥岩的水敏性远大于硬质岩的土石混合体的水敏性,击实曲线更陡峭,且在粗粒质量分数为60%时具有最佳的击实状态;随着粗粒质量分数增大,炭质泥岩的抗剪强度呈现出先增长后减小的趋势,且在粗粒质量分数为60%时黏聚力达到最大,内摩擦角与粗粒质量分数呈负相关;当粗粒质量分数较小时,炭质泥岩抗剪强度主要由细粒间的黏聚力及粗粒与细粒间的咬合力提供,粗粒破碎较少;随着粗粒质量分数增大,试样中颗粒破碎现象更明显,颗粒间重新分布和咬合使其内摩擦力逐渐增大,抗剪强度由粗粒破碎及粗粒与细粒间的咬合力提供,细粒间的黏聚力较小;炭质泥岩的颗粒相对破碎率随围压、粗粒质量分数的增大而增大,且相对破碎率与粗粒质量分数和围压之间存在非线性关系。

干湿循环作用下预崩解炭质泥岩强度特性及其劣化机制

为明确干湿循环对预崩解炭质泥岩强度特性和微观结构的影响,通过三轴剪切、扫描电镜试验,分析其强度特性和微观结构参数随干湿循环次数的变化规律,并结合强度指标和微观结构参数之间的联系,揭示预崩解炭质泥岩强度劣化机制。研究结果表明:6次干湿循环后,预崩解炭质泥岩黏聚力和内摩擦角降幅分别达60.10%和8.83%;随干湿循环次数增加,圆形小孔的数量始终最高且呈增大趋势,平均面积最大为0.010μm^(2),同时,部分发育汇集成细长形大孔,平均面积最小为0.626μm^(2);颗粒定向频率Fi(α)整体经历均匀分布、大区间局部优先分布、小区间局部优先分布3个阶段;颗粒定向概率熵、三轴几何平均径降幅分别为4.95%、24.27%;黏聚力主要受小孔、大孔面积影响;内摩擦角主要受颗粒的定向概率熵、三轴几何平均径影响;在干湿循环下,叠聚体反复胀缩,内部应力更加集中,孔隙不断发育,导致黏聚力显著降低;内摩擦角因颗粒定向化及破碎而降低;黏聚力和内摩擦角不同程度的衰减引起预崩解炭质泥岩强度降低。

阿拉伯树胶改性预崩解炭质泥岩路用性能及改性机制

为提升预崩解炭质泥岩路用性能以用作路堤填料,采用阿拉伯树胶对预崩解炭质泥岩进行改性,分析改性后预崩解炭质泥岩的路用性能及改性机制。开展加州承载比(CBR)、回弹模量、无侧限抗压强度(UCS)及单轴抗拉强度试验,研究阿拉伯树胶掺量与养护龄期对改性预崩解炭质泥岩路用性能的影响,并通过崩解性、酸碱度(pH)、电导率、溶解性固体总量(TDS)及Zeta电位试验分析改性前后预崩解炭质泥岩理化特性的变化,结合扫描电镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)与傅里叶变换红外光谱分析(FTIR),探讨阿拉伯树胶对预崩解炭质泥岩的改性机制。研究结果表明:阿拉伯树胶能有效改善预崩解炭质泥岩的路用性能,且随掺量与养护龄期增加,路用性能改善程度逐渐增大;结合经济性考虑,阿拉伯树胶掺量为4%时路用性能改性效果最佳,CBR与回弹模量分别提升495%和427%,UCS与单轴抗拉强度均提升230%以上;掺入阿拉伯树胶可大幅降低预崩解炭质泥岩的崩解率、pH值、电导率、TDS及Zeta电位绝对值,改善预崩解炭质泥岩的水稳性;阿拉伯树胶通过降低预崩解炭质泥岩碱性、提供阳离子与颗粒表面离子发生离子交换并吸附在颗粒表面的方式,优化改性预崩解炭质泥岩内部结构性,通过胶结预崩解炭质泥岩颗粒、填充内部孔洞与孔隙的方式提升黏聚力与整体性,并包覆在颗粒与团聚体表层,阻隔外部环境直接作用。研究结果可为预崩解炭质泥岩再利用提供思路,并为阿拉伯树胶用作其他岩土材料的改性剂提供参考。