饱和黏土高压压缩特性的微观机制——研究现状与思路.pdf

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1、第38卷第2期煤炭学报Vo1．38No．22013年2月JOURNALOFCHINACOALSOCIETYFeb．2013文章编号：0253—9993(2013)02—0233-06饱和黏—[古同压压缩特性的微观机制研究现状与思路况联飞，周国庆，ConradB01ey，邹亚洲，商翔宇，(1．中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏徐州221008；2．慕尼黑联邦国防军大学土力学与基础工程研究所，德国慕尼黑85577；3．中国矿业大学力学与建筑工程学院，江苏徐州221008)摘要：通过归纳分析发现，适用于描述常压条件下黏土压缩特性的扩散

2、双电层理论和不平行板模型均不能对高压条件饱和黏土的双线性压缩特性进行解释。将黏土的孔隙划分为团聚体间、颗粒间及颗粒板内三层面可很好地对饱和黏土的高压压缩过程进行定性描述：高压条件下，除团聚体间及板间扩散双电层两部分的自由水分子的排出外，晶层间规则排列的结合水分子也将被逐层挤出。而该小间距条件下，基于扩散双电层机制的理论解释已不再适用，且由于水分子与晶层间的特殊结合，其他Non—DLVO作用力的出现亦必须重新加以考虑。基于此，提出了从理论上利用格子密度泛函理论描述黏土矿物界面外水分子的特殊结合形态，并嵌入该格子模型于分子动力模型中，从分子尺度研究高压

3、条件下水一界面间的相互作用，从而最终建立基于分子层面黏土高压压缩本构关系的新思路。关键词：黏土；高压；压缩；水化斥力；格子密度泛函理论；分子动力模拟中图分类号：TU411．5文献标志码：AThemicro-mechanismcontrollingcompressibilityofsaturatedclayunderhighpressure：statusandthoughtsKUANGLian-fei’，ZHOUGuo—qing，ConradBoley，ZOUYa．zhou，SHANGXiang—yu'(1．StateKeyLaboratoryfor

4、GeomechanicsandDeepUndergroundEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou221008，China；2．InstituteofSoilMechanicsandFoundationEngineering，UniversityofBunderswehrMunich，Munich85577，Germany；3．SchoolofMechanicsandCivilEn—gineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology，X

5、uzhou221008，China)Abstract：Basedonthesummaryandanalysisofthetheoriesandmodelswhichwereadequatetointerpretthecon—pressibilityofsaturatedclayunderlowstress，suchasdiffusedoublelayertheoryandnonparallelplatemodel，itwasfoundthatthesetheoryormodelfailedtodescribethebilinearshapeofco

6、mpressioncurvesunderhighpressure．Inor—dertofacilitateaqualitativedescriptionofthecompletecompressionprocessofclay，thetotalporevolumewasclassi-fledintothreedifferentstructurallevels，whichwerecalledmacropore，microporeandinterlayerporerespectively．Un—derhighpressure，apartfromthee

7、xpulsionofthefreewaterenmeshedinsidetheaggregatesandparticles，theorgan—izedwatermoleculesthatadsorbedonthecrystalswerealsobesqueezedoutlayerbylayer．Andwhentwosurfacesorparticlesapproachedclosertoafewnanometers，continuumtheoriesofattractivevanderWaalsandrepulsivedouble-layerfor

8、cesoftenfailedtodescribetheseinteractions；otherNon-DLVOforces