膨润土膨胀变形的分形模型.pdf

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1、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ工程地质学报１００４－９６６５／２０１４／２２（５）０７８５０７ＤＯＩ：１０．１３５４４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｅｇ．２０１４．０５．００２膨润土膨胀变形的分形模型①②①②②徐永福项国圣褚飞飞吴蓉（①上海交通大学土木工程系上海２００２４０）（②河海大学文天学院岩土工程研究所马鞍山２４３０００）［１］Ｄ－３摘要Ｘｕ等提出基于膨润土表面分形模型的膨胀变形计算方法Ｖｗ／Ｖｍ＝ｋＰｓ（式１），并得到了Ｔｓｕｋｉｎｕｎｏ膨润土、Ｗｙｏｍｉｎｇ膨润土和ＭＸ８０膨润土的

2、膨胀变形和膨胀压力（统称膨胀变形）的膨胀试验数据的验证。当时由于条件限制，存在两个问题：（１）膨润土的表面分维一般采用氮吸附法测量，由膨胀变形试验数据反算得到的膨润土表面分维没有得到氮吸附试验数据的验证；（２）在归一化吸水体积与压力的分形模型（式１）中，Ｋ是膨润土的物性常数，没有给出理论表达式，只是经验系数。本文采用氮吸附方法测量了高庙子Ｎａ基膨润土、高庙子Ｃａ基膨润土、商用膨润土和Ｔｓｕｋｉｎｕｎｏ膨润土的表面分维，根据式（１）由表面分维计算膨胀变形，并与膨胀试验数据比较，验证膨胀变形的分形模型；根据双电层理

3、论，导出用双电层参数表示式（１）中Ｋ值的理论表达式，用于膨胀变形的计算，并与膨胀变形试验结果进行比较验证。关键词膨润土膨胀变形分形表面分维氮吸附中图分类号：ＴＵ４７文献标识码：ＡＦＲＡＣＴＡＬＭＯＤＥＬＦＯＲＳＷＥＬＬＩＮＧＤＥＦＯＲＭＡＴＩＯＮＯＦＢＥＮＴＯＮＩＴＥ①②①②②ＸＵＹｏｎｇｆｕＸＩＡＮＧＧｕｏｓｈｅｎｇＣＨＵＦｅｉｆｅｉＷＵＲｏｎｇ（①ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０）（②Ｉｎｓｔｉｔｕｔ

4、ｅｏｆＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｅｎｔｉａｎＣｏｌｌｅｇｅ，ＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｍａａｎｓｈａｎ２４３０００）［１］ＡｂｓｔｒａｃｔＯｎｔｈｅｂａｓｅｏｆｔｈｅｆｒａｃｔａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｂｅｎｔｏｎｉｔｅｓｕｒｆａｃｅ，Ｘｕｅｔａｌ．ｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅＤｓ－３ｔｈｅｓｗｅｌｌｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｂｅｎｔｏｎｉｔｅａｎｄｅｘｐｒｅｓｓｅｄａｓｔｈｅｅｑｕａｔｉｏｎＶｗ／Ｖｍ＝Ｋｐ（Ｅｑ．（１）），ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｖｅｒｉ

5、ｆｉｅｄｂｙｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｏｆｓｗｅｌｌｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｓｗｅｌｌｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆＴｓｕｋｉｎｕｎｏｂｅｎｔｏｎｉｔｅ，ＷｙｏｍｉｎｇｂｅｎｔｏｎｉｔｅａｎｄＭＸ８０ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ．Ｄｕｅｔｏｔｈｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｔｗｏｆａｃｔｏｒｓｔｏｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄａｒｅｌｉｓｔｅｄａｓｆｏｌｌｏｗｓ：（１）ｔｈｅｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｔｈｅｓｗｅｌｌｉｎｇｔｅｓｔｗａｓｎｏｔｖａｌｉｄａｔｅｄｗ

6、ｉｔｈｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅＮ２ｉｓｏｔｈｅｒｍａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；（２）ｔｈｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒＫｉｎＥｑ．（１）ｗａｓｇｉｖｅｎｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆａｎｅｍｐｉｒｉｃａｌｅｑｕａｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｆＧａｏｍｉａｏｚｉＮａｂｅｎｔｏｎｉｔｅａｎｄＣａｂｅｎｔｏｎｉｔｅ，ａｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｂｅｎｔｏｎｉｔｅａｎｄＴｓｕｋｉｎｕｎｏｂｅｎｔｏｎｉｔｅａｒｅｍｅａｓｕｒｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅＮ２ｉｓｏｔ

7、ｈｅｒｍａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ．ＴｈｅｓｗｅｌｌｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄｖｅｒｉｆｉｅｄｆｒｏｍｔｈｅａｂｏｖｅｅｑｕａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｆＧａｏｍｉａｏｚｉＮａｂｅｎｔｏｎｉｔｅａｎｄＣａｂｅｎｔｏｎｉｔｅ，ａｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｂｅｎｔｏｎｉｔｅａｎｄＴｓｕｋｉｎｕｎｏｂｅｎｔｏｎｉｔｅ．ＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒＫｉｎｔｈｅａｂｏｖｅｅｑｕａｔｉｏｎｉｓｄｅｄｕｃｅｄｆｒｏｍｔｈｅｄｉｆｆｕｓｅ

8、ｄｄｏｕｂｌｅｌａｙｅｒ（ＤＤＬ）ｔｈｅｏｒｙ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＢｅｎｔｏｎｉｔｅ，Ｓｗｅｌｌｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｆｒａｃｔａｌ，Ｓｕｒｆａｃｅｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎ，Ｎ２ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ收稿日期：２０１４－０５－１２；收到修改稿日期：２０１４－０９－０５．基金项目：国家自然科学基金（４１２７２３１８和４１４７２２５１）资助．第一作者简介：徐永福（１９６７－）