文摘

调查的衰变特性碳质岩石在广西,典型的碳质岩石的部分公开的Hechi-Baise高速公路进行了这项研究。首先,根据其矿物成分和内容、碳质岩石被分成四种类型:碳酸盐燧石,碳质泥质灰岩,碳质伊利石粘土泥岩、碳质伊利石粘土页岩。然后,通过室内wet-dry循环蜕变测试,四种岩石的衰变特性进行了研究。测试结果显示:(1)碳酸盐的分解残留燧石和碳质泥质灰岩随着wetting-drying周期数量的增加呈线性下降。(2)碳质伊利石粘土泥岩的分裂指数和碳质伊利石粘土页岩减少随着wetting-drying的循环次数的增加呈指数级增长。(3)随着wetting-drying的循环次数的增加,碳质分裂指数曲线的伊利石粘土泥岩、碳质伊利石粘土页岩样品逐渐稳定,直到解体的样品完成。(4)碳质岩石的解体主要是粘土含量的影响,其次是结构形式,但它不能被忽视。

1。介绍

碳质岩石通常定义为hand-soiling黑色或灰色黑色粘土岩中含有大量的有机质碳化构造和沉积过程的结果。碳质岩石广泛遍布中国、尤其是在广西,贵州,云南[1]。其独特的地理位置和丰富的构造和沉积历史占广西的构造条件复杂,在碳质岩石暴露了许多道路和桥梁的建设项目,在过去的几年。一些例子包括建筑部分沿着Liuzhai-Renshui二级公路,Shuiren-Nanning高速公路,Yizhou-Liuzhai高速公路,Liuzhai-Hechi高速公路,Hechi-Baise主要高速公路,Jinchengjiang-Yizhou主要公路,Yizhou-Liuzhou高速公路。尽管他们不同的区域物理性质和矿物含量,碳质岩石在广西非常相似的工程特性。通常,这些工程特性包括一个初始强度高、低风化和解性,易受干扰,复杂的矿物成分,不适合植物生长[2]。

对自然环境敏感,容易粉碎,分解,软化,炭质岩通常是指一个特定的粘土岩的工程性质变化大以及自然环境(3,4]。广西,炭质岩的分布不是红粘土一样广泛。然而,山体滑坡、崩塌等地质灾害经常发生在高速公路和铁路斜坡上组成的碳质岩石,吸引各个行业的关注(5,6]。众所周知,碳质岩斜坡的失效模式包括两类。第一种主要发生在顺层滑动,滑动变形的疏松表土和岩石,边坡开挖后和土壤界面。第二种类型是表面的崩溃引起的岩体边坡开挖后其属性的变化,一般表现为表面剥落和解体的岩体(7,8]。碳质岩石边坡开挖和暴露后,炭质岩是容易软化和水浸的作用下崩溃,导致边坡坍塌和影响边坡的稳定性(图1)。目前,关于碳质岩石的研究主要集中在材料组成、结构特征、矿化成分,物理和机械性能以及变形和破坏机理,等。因此,它具有更大的意义理解碳质岩石的软化和分解实施相关的实验室测试。

岩石水化行为被广泛研究了世界各地。赌博等。9,10)认为,单独一个因素很难引起广泛的碳质泥岩崩解。相反,这是一个过程共同控制的温度、湿度、和其他一些因素。基于熟化测试软岩石样本,(11)得出的结论是,软岩的崩解率不仅与岩石的矿物含量也胶结的岩石的程度。Zhang et al。12)认为,这些岩石的可扩展性与晶粒大小呈负相关的分数最多的内容,有效的晶粒尺寸,满足耐久性指数倒塌的膨胀岩的残渣。梁等。13]研究了形态学的变化,静态分裂指数和衰变率下的四种不同的软岩石水化根据其矿物组成和物理参数。郭et al。14)进行了实验室润湿和蜕变测试典型的红色泥岩样品在不同条件下。结果表明,含水率在wetting-drying周期背后的驱动因素的解体软红泥岩。苏伦德拉(15]研究了页岩的矿物成分耐久性的影响,并建议使用无机盐修饰符控制软岩的崩解。奈良et al。16]研究了温度和湿度的影响在砂岩的亚临界裂纹增长。贝利(17]分析了粒子退化的软岩石在路基施工压实。然而,先前的岩石特性的研究主要集中在软岩石,用更少的关注的崩解行为碳质岩石。

针对这一点,调查的崩解行为的碳质岩石在广西工程和理论意义。

2。分类的碳质岩石在广西

在工程实践中,hand-soiling岩石含有大量分散有机质碳化通常统称为碳质岩石,我们不认为这是适当的,因为含有不同碳质岩石矿物成分的理化性质不同,优势,和水化行为。全岩矿物和粘土矿物进行了量化分析碳质岩石样本Hechi-Baise高速公路(HBE)使用粉末x射线衍射(XRD、图2)。

HBE的碳质岩石样本进行分类,首先,这些样品的矿物成分。碳质岩石露出在股权K19-K22采样和准备(地面),x射线衍射分析(数据3和4)。表1内容列表的主要矿物成分及其比例的样本。

如表所示1,样品的矿物内容A1和A2是石英、方解石、白云岩和微量,石英占69.63%,方解石占28.66%。这两个样品含有粘土矿物。样品的主要矿物含量A3、B2、C2和C3是方解石、石英、伊利石,和较小的黄铁矿,方解石占-66.06%,石英占5.90% 43.30% -37.74%。此外,粘土矿物,主要是伊利石,占大约10%。蒙脱石被发现在一些样本,这些样本的黄铁矿内容是不到2.30%。样品的主要矿物含量C4、C5 D, E, F和H是石英、方解石、白云岩、伊利石、黄铁矿,石英占45.69% - -64.31%。主要是伊利石粘土矿物,占-27.18%,20.65%和白云岩占7.12% - -15.13%。其中一些样品含有方解石,最多占17.92%,和少量的黄铁矿,最多占2.64%。

根据矿物组件及其百分比含量的碳质岩石样本HBE,碳质岩石的主要粘土矿物伊利石,一般占不到24.74%。蒙脱石也出现在一些岩石样本。除了样本B,所有其他的样品有很高的石英内容。一些样品含有少量白云岩,黄铁矿和其他矿物质。

考虑外部特征、矿物成分、岩石样本内容,根据分类和命名方案的沉积岩(gb - t17412.2 - 1998)的岩石样本HBE命名如下:(我)样品A1和A2 carbonate-bearing及(2)样品A3、B2、C2和C3是碳质mud-bearing石灰岩(3)样品C4、C5和D是碳质伊利石粘土岩(iv)样品E、F、H碳质伊利石粘土页岩

促进歧视在后续实验中,碳质mud-bearing石灰岩样本重新编号B1、B2、B3和B4;碳质伊利石粘土岩样品重新编号C1, C2, C3;和其他样品没有重新编号。

3所示。满足耐久性测试碳质岩石的广西

建立满足耐久性的HBE碳质岩石样本,实验室进行崩解试验样品在wetting-drying周期的建议工程岩体的标准测试方法(GB / T 50266 - 2013)为满足耐久性测试的岩石。

3.1。测试设备

烤箱:ly - 660精密工业恒温烤箱风干(图5)。在我们的实验中,干燥温度维持在大约105°C,所推荐的标准。(2)解性装置:瓦解tester岩土力学研究所,中国科学院(图6)。在操作期间,设备的速度维持在20 r / min。筛筒鼓是由140毫米100毫米(长)(直径),网孔直径2毫米。(3)双面岩石磨床:scm - 200双面岩石研磨机使用。自动磨削进给速率为0.04 -0.12毫米。除了这些装置、电子天平(精度为0.01 g)和温度计也根据需要使用。

3.2。样品制备

的收集岩石样本HBE和密封工业石蜡膜(图7)。然后,样本被放置在一个塑料包装来保护自然含水率。岩石样本被改造成一个圆形的形式。每个标本的质量维持在40 - g使用岩石研磨机。每个标本组包含至少10标本(图8)。四种类型的碳质岩石都准备标本,分别进行了测试。

3.3。测试程序

首先,屏幕鼓干重。接下来,岩石标本放在屏幕鼓和干在105°C - 110°C 24 h。然后,屏幕鼓与岩石标本被从烤箱里拿出来,放入干燥机冷却至室温才又重了。

屏幕鼓与岩石标本放置在水的水槽。然后,蒸馏水被倒进水槽大约20毫米低于转轴。解性机构就开始了。筛鼓的恒定速度运行20 r / min 10分钟,然后,剩余标本的筛鼓是在烤箱干105°C - 110°C 24 h到一个恒定的质量,在干燥机冷却至室温,称重。第二步是重复的周期所需的实验,并记录实验数据。水的温度维持在20°C±2°C时实验。在实验的最后,剩余样品的颜色和水和任何沉淀在水的特点。

3.4。结果和分析

岩石满足耐久性指数计算使用以下方程: 在哪里解性指数的岩石后我th wetting-drying周期(%);是原样品的干质量(g);和的干质量剩余标本(g)。

岩石满足耐久性指数被定义为质量百分比,每个标准wetting-drying周期相对于前一周期的质量: 在哪里解性指数的岩石后我th wetting-drying周期(%);后残渣的质量吗我th标准wetting-drying周期(g);和后残渣的质量(我−1)标准wetting-drying周期(g)。

3.4.1。解性指标的碳质岩石

单独的熟化测试进行了不同类型的碳质HBE岩石样本。每种测试下wetting-drying 6个周期和各自满足耐久性指标。表2和3解性岩石样本的索引。为了方便观察,这些表中的数据也绘制在图9和10。

从数据9和10,carbonate-bearing及(A1和A2)和碳质mud-bearing石灰岩(B1、B2、B3和B4),六标准wetting-drying周期后,消化残留物和满足耐久性指标线性相关的周期在所有情况下的数量。解性指标仍高于90%,此前六wetting-drying周期。

这两种类型的岩石(即的熟化。,the mass reduction of the samples after the experiment) can be understood as a uniform mass reduction of the carbonate-bearing chert or carbonaceous mud-bearing limestone resulting from water erosion of the sample and the centrifugal pull from the rotation of the screen drum under laboratory wetting-drying cycles. The relationship between the residual mass of a specimen and the number of wetting-drying cycles is fitted by the following linear equations: 在哪里y标本的剩余质量熟化后,x是wetting-drying的循环次数。

我们可以看到从方程(3)- (8),消化剩余的质量carbonate-bearing及有机碳质mud-bearing石灰岩线性减少实验室wetting-drying周期的数量增加。除了标本B2(粘土矿物含量略高于其他标本),显示质量下降8 - 9 g的每个wetting-drying周期后,所有其他的标本显示质量减少小于5克。更重要的是,标本显示几乎没有裂缝表面上,和所有的标本完好无损后六个实验室wetting-drying周期。因此,我们可以假设,在自然状态下,carbonate-bearing燧石和碳质石灰石mud-bearing HBE slakable与否slakable非常弱。

在图10,随着标准wetting-drying的循环次数的增加,满足耐久性指数的碳质伊利石粘土泥岩(C1, C2, C3)和碳质伊利石粘土页岩(E、F、H) HBE逐渐减少,减少了43% -66%前减少-33% - 21%,后者。标准wetting-drying的循环次数之间的关系和满足耐久性指数的样本正在由以下方程: 在哪里y解性指数;和x是wetting-drying的循环次数。

在图11标本的解性在不同数量的周期接近拟合曲线方程,表明样品同意与方程的解性(9)- (14),适度的数据离散化和非常小的波动曲线。基于拟合公式,满足耐久性指数的碳质伊利石粘土泥岩、碳质伊利石粘土页岩下降指数随着wetting-drying周期数量的增加。此外,随着wetting-drying的循环次数的增加,满足耐久性指数曲线逐渐变得直到标本消化完成。

图11显示之间的关系满足耐久性指标和wetting-drying周期的数量。从这个图我们可以看到,与碳质伊利石粘土页岩相比,carbonate-bearing及mud-bearing石灰岩非常弱slakable与否slakable。碳质伊利石粘土页岩似乎相当slakable和碳质伊利石泥岩更加slakable。

3.4.2。水化碳质岩石的粒度分析

数据12和13显示的依赖这些岩石的粒度内容的数量wetting-drying周期。对这些数据的分析揭示了以下。

随着wetting-drying的循环次数的增加,20 - 40毫米的一部分的内容消化产品的碳质伊利石粘土泥岩逐渐减少,而所有其他的谷物的内容大小逐渐增加。< 2毫米的内容比例增长最快的相对于所有其他的晶粒大小。碳质伊利石粘土的水化产物泥岩水化后实验室测试主要是由谷物< 2毫米。

碳质伊利石粘土页岩弱slakable,以较低的水化速度和较低的比碳质slakability伊利石粘土泥岩。以外的内容< 2毫米分数,增加比较快,所有其他的谷物的内容大小变化缓慢,与前两个周期后更小的变化。碳质伊利石粘土页岩是slakable低于碳质伊利石粘土泥岩。碳质熟化的伊利石粘土页岩沿着纹理通常发生,导致许多片状结构消化残留物中几乎不可能通过小型筛孔。更大的大小的颗粒的主要贡献者。

由于碳质伊利石粘土比碳质泥岩更slakable伊利石粘土页岩,他们没有满足明显地快于碳质伊利石粘土页岩。的内容变化较大和较小的晶粒尺寸也更大。因此,在同等条件下,碳质伊利石粘土泥岩需要少wetting-drying周期相比完全消除碳质伊利石粘土页岩。

4所示。结论

水化现象和行为的典型露头炭质岩下的广西HBE不同数量的wetting-drying通过实验室熟化周期进行了测试。岩石样品的残留消解谷物也分析分级。得出了以下的结论:(1)随着carbonate-bearing及中不含粘土矿物和mud-bearing石灰石粘土含量很低,这两种岩石类型似乎非常弱slakable或不slakable。碳质伊利石粘土泥岩、碳质伊利石粘土页岩,这两个包含超过20%的粘土矿物,具有高度slakable。因此,粘土含量组成的崩解行为背后的主要驱动因素碳质岩石。此外,尽管他们类似的粘土含量,碳质伊利石粘土泥岩、碳质伊利石粘土页岩也不同于彼此的崩解行为(碳质泥岩伊利石粘土slakable)由于其不同的结构形式。这些现象表明,HBE的碳质岩石的崩解行为主要是由粘土含量决定的。结构形式也发挥了不可忽视的作用。(2)随着wetting-drying的循环次数的增加,晶粒尺寸内容消化产品的碳质伊利石粘土泥岩、碳质伊利石粘土页岩不断改变,与两者之间的相同点以及不同点的岩石。碳质伊利石粘土泥岩水化速度更快。的标本逐渐水化成更小的碎片和椭圆谷物,20 - 40毫米的分数下降很快,< 2毫米细粒度的比例迅速增加。像碳质伊利石粘土泥岩、随着wetting-drying的循环次数的增加,< 2毫米分数也盛行在水化碳质伊利石粘土页岩的产物。这块岩石的独特的分层也导致了20 - 40 mm片岩的一部分残留心态占据主导地位,而所有其他的粒径分数增加缓慢。

数据可用性

使用的数据来支持这个研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本研究支持的广西科技项目“广西高速公路建设的关键技术研究炭质岩区”(批准号GuikeAC16380119),“生态护坡技术的研究和应用在碳质岩斜坡”(批准号AD19110124),交通部重点科技项目的中国人民政府“强化理论和技术的多点约束公路高边坡锚索和监测预警”(批准号2020 - ms3 - 082)。作者感谢LetPub (http://www.letpub.com)的语言帮助在准备这个手稿。