红层软岩崩解机理研究及工程应用

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红层软岩因成分复杂和结构特殊而普遍具有崩解性,常常引发地质灾害。鉴于目前国内外对红层软岩的崩解机理研究还不充分。本文在国家自然科学基金的资助下,从微观角度观测分析了湖南地区两类红层软岩崩解前后变化,然后从能量的角度建立起红层软岩崩解的能量耗散模型,揭示了红层软岩崩解机理,在此基础上通过试验研究得出了抑制红层软岩崩解的措施,研究成果可供工程参考。首先选取红层软岩中的Ⅰ类、Ⅲ类红砂岩为代表,利用XRD、电子能谱仪、比表面孔径分析仪和全自动程序升温化学吸附仪检测了两类红砂岩在崩解前后矿物组成、化学成分,以及比表面积、表面酸碱度变化等,利用场发射扫描电镜与高分辨透射电镜从微观方面观察了红层软岩崩解前后颗粒形貌和结构的演变。通过检测结果和现象比较了两类红砂岩的异同,并分析了红砂岩崩解的原因。其次,把软岩的崩解看作是软岩内部与外界环境之间各种能量传递和耗散的过程,并建立起涵盖各种因素的适用于一般软岩崩解的能量耗散模型。基于热学、断裂力学和分形统计强度理论推导出定量计算软岩崩解从外界吸收的能量和软岩新增表面能的公式,并通过实例分析此两种能量在崩解过程中的变化规律,提出了工程上治理红砂岩崩解性的思路。最后,研究了红层软岩中崩解性最强的Ⅰ类红砂岩的崩解抑制措施。利用电感耦合等离子体质谱技术跟踪测试Ⅰ类红砂岩在浸泡过程中析出的矿物离子,并对比前人测试结果分析了离子浓度变化趋势。然后基于溶度积规则设计了几种能抑制红砂岩崩解的溶液,并分别将其作为水解液对I类红砂岩进行崩解试验。结果表明Ca(OH)2饱和液对I类红砂岩的崩解性抑制作用最强。进一步将掺水泥、石灰的改良红砂土浸出液作为水解液进行崩解试验,得到了可采用掺石灰对红砂岩的崩解性进行抑制的工程处治对策。
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