石膏质岩毛细吸水特性与孔隙特征研究.pdf

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1、第３１卷第９期长江科学院院报Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．９２０１４年９月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＳｅｐ．２０１４ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－５４８５．２０１４．０９．０１５２０１４，３１（０９）：７９－８３石膏质岩毛细吸水特性与孔隙特征研究１１，２１１李科，贾志刚，余宏明，师华鹏（１．中国地质大学工程学院，武汉４３００７４；２．黄淮学院建筑工程学院，河南驻马店４６３０００）摘要：以巴东十字垭隧道石膏质岩作为研究对象，采用一维吸水方法得到石膏质岩累计吸水量随时

2、间的变化曲线。岩石吸水曲线可分为快速吸水段和恒速吸水段，吸水量主要集中在快速吸水段，不同试件的快速吸水时间不同。随着时间增加，各试件吸水速率逐渐减小，减小速度变慢。吸水０．４ｈ、吸水４ｈ和快速吸水段均可以采用二次函数进行曲线拟合。干湿循环后，岩石累计吸水量增加，平均吸水速率提高，前期吸水比例增大，快速吸水时间变短。利用压汞实验，根据数据分析表明石膏质岩孔隙率较低，平均最大连通孔径２．８５μｍ，平均孔隙直径０．８８μｍ，孔隙分选性较差。干湿循环之后孔隙最大连通孔径及平均孔径增大，分选性提高。最后根据岩石毛细吸水量和饱和吸水量，结合压汞数据提

3、出求取毛细吸水孔径范围的一种简单方法。关键词：石膏质岩；毛细吸水；干湿循环；孔隙特征中图分类号：ＴＵ４５１文献标志码：Ａ文章编号：１００１－５４８５（２０１４）０９－００７９－０５１研究背景２岩样特征与矿物成分分析巴东十字垭隧道在施工完成后仅仅投入运营试验所需石膏质岩均来自于巴东十字垭隧道，［１］２ａ就发生了破坏，造成了巨大损失。不仅是十字统一切割成尺寸约为５０ｍｍ×１００ｍｍ的标准圆垭隧道，在我国西部的隧道工程中，有２３座隧道不柱试件。Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４岩样取自不同位置，Ｓ５－１，［２］同程度穿过石膏质岩层，其中１９座隧道由于围岩

4、Ｓ５－２，Ｓ５－３分别为同一岩块经过０，５，１０次干湿渗水导致混凝土衬砌发生不同程度的腐蚀和破循环之后切割得到的标准试件，表１为石膏质岩试［３－４］坏。在隧道建设过程中，原岩体的应力状态发件的基本参数。生改变，围岩次生裂隙的产生为地下水的渗透提供表１石膏质岩试件的基本参数了通道。在降雨补给地下水的过程中岩石遭到侵Ｔａｂｌｅ１Ｂａｓｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｇｙｐｓｕｍｒｏｃｋｓｐｅｃｉｍｅｎ［５］蚀，干湿交替条件下岩石结构构造发生改变，造波速值／质量／颗粒密度／毛细吸饱和吸孔隙编号－１ｇ－３水率／％水率／％率／％（ｍ·ｓ）（ｇ·ｃｍ）成

5、岩石劣化，往往会造成严重的工程问题。Ｓ１４０００４３５．１５２．３７１．０２１．２９４．９７岩石是一种典型的多孔介质材料，毛细作用下Ｓ２４０００４１９．１８２．３１１．４８１．８２５．４１岩石的水分传输特性主要取决于其内部孔裂隙的数Ｓ３４５４５４６４．３９２．４５０．４４０．５０２．１５Ｓ４４１６７４３２．６２２．３６０．８６１．５４５．４２量、大小、张开程度及其连通性，同时也受其矿物成Ｓ５－１４５４５４３９．６８２．３４０．２９０．３４２．６２分、组成晶粒大小等因素的影响。岩石的毛细吸水Ｓ５－２４０００４１３．９１２．３４０．８６１．２

6、６６．７６过程不仅反映岩石介质内孔隙特征，也是岩石劣化Ｓ５－３３５７１３９７．２４２．３４２．１０２．５７１０．２５的重要考虑因素，在干湿交替情况下，岩石劣化更为Ｘ衍射试验半定量给出各试件的矿物成分及其严重。含量。结果显示，巴东十字垭隧道石膏质岩所含矿因此本次将对十字垭隧道石膏质岩进行毛细吸物主要有石膏、白云石、沸石和石英，其中以石膏为水试验，并比较研究干湿循环后吸水特性和孔隙特主，含量大于９０％，白云石含量为２％～５％，并含有征的变化，为石膏质岩劣化研究提供依据。微量的石英和沸石等其他矿物。收稿日期：２０１４－０３－２４；修回日期：２０

7、１４－０４－２６基金项目：国家自然科学基金项目（４１２７２３７７）作者简介：李科（１９８９－），男，江苏徐州人，硕士研究生，主要从事岩体工程方面的研究，（电话）１３３８７５７９６３６（电子信箱）１３３８７５７９６３６＠１６３．ｃｏｍ。通讯作者：余宏明（１９５４－），男，湖北武汉人，教授，硕士，主要从事地质灾害与岩土工程领域的教学与科研工作，（电话）１８９８６１５３３１９（电子信箱）ｃｕｇｌｋｊｙ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。８０长江科学院院报２０１４年石膏质岩主要为细粒晶粒结构，水平层状构造，能准确表现出具体的变化过程。为了更准确地描述［７］层理由

8、石膏和白云石含量不同的小层平行排列表现石膏质岩毛细吸水过程，将吸水曲线分段研究，出来。石膏主要为板状或片状，板状晶体一般长对前期快速吸水段和后期近恒速吸水段分别采用不０．２１ｍｍ左右，宽０．１