有機矽材料改性泥岩的強化機理與效果研究

《有機矽材料改性泥岩的強化機理與效果研究》是依託太原理工大學，由柴肇雲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：有機矽材料改性泥岩的強化機理與效果研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：柴肇雲
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

泥岩的強風化、軟化、崩解和膨脹甚至泥化特性是造成重大岩土工程災害的主要誘因。有機矽材料具有良好的憎水性能，不僅無毒、無腐蝕作用，而且可與無機材料表面產生牢固的結合。鑒此提出了採用有機矽材料改變泥岩特性實現其工程長期穩定性的研究思路。研究以含蒙脫石和高嶺石或伊利石含量為主的兩類泥岩的孔裂隙結構、表面性質，以及有機矽材料在泥岩孔裂隙中的滲透、擴散規律，建立泥岩滲透、擴散與其孔裂隙結構特徵的相關規律。研究泥岩經有機矽材料改性後的礦物組成、微細觀結構和表面性質的變化規律，揭示有機矽材料與泥岩表面的界面偶在線上理和結合形式，探索有機矽材料改性泥岩的物理力學強化機制。研究不同溫度、壓力和作用時間，不同種類、濃度的有機矽材料對泥岩試件及重塑樣的改性效果，包括吸水膨脹性能、崩解性能和力學性能，得出有機矽材料種類、濃度、溫度、作用時間等因素與改性效果的相關規律，建立有機矽材料改性泥岩的基礎理論。

結題摘要

針對煤系地層泥岩的礦物特性與水化膨脹、碎脹擴容、強度降低等物理力學特徵和軟岩工程地質災害特點及目前工程控制方法中存在的問題，提出了採用材料改性技術對煤系泥岩進行原位改性提高其強度、降低其水敏性進而實現軟岩工程穩定性控制，為軟岩及其工程穩定性的研究開創了新的思路和技術途徑；基於泥岩樣品的掃描電鏡測試和液氮等溫吸附試驗，系統研究了煤系泥岩的顯微孔裂隙形態特徵和分布規律，進而探討了孔裂隙分布特徵對其吸水軟化崩解性的影響規律，認為泥岩吸水軟化崩解是在巨觀結構破壞或擾動的基礎上，由微孔裂隙吸附效應引起的，受其物質組成不同的影響，自然吸水率和軟化崩解機理存在明顯差異；通過對自然含水狀態泥岩試樣的變角剪下壓模試驗，研究泥岩壓剪破壞裂隙演化規律和破裂塊體分布的分形特徵，發現泥岩壓剪破壞是能量耗散的非線性動力學過程，破裂塊體分布具有明顯的自相似性，可用分形維數值表征破裂塊體的塊度分布特徵；受破裂類型由張性破裂為主轉變為剪下破裂為主的影響，隨剪下角的增大，破裂塊體分布的分形維數值呈對數關係遞減。通過膨脹試驗研究了不同水化學環境下泥岩的脹縮性能，分析了層理面方位、同種類不同濃度、同濃度不同價位陽離子以及不同化學路徑對泥岩脹縮性的影響規律。並結合掃描電鏡能譜分析，探討了泥岩脹縮性能發生變化的內在機制；對泥岩進行了有機矽材料改性試驗，採用靜態水接觸角法、液氮等溫吸附、自由膨脹試驗、掃描電鏡能譜分析以及常規岩石力學強度試驗等物理化學測試手段對比分析了泥岩改性前後疏水性、孔裂隙、脹縮性、微結構及物理力學特徵等物性變化規律，並分析了有機矽材料改性泥岩的改性機理；自主開發研製了軟岩膨脹試驗裝置，可實施水化學和電化學條件下軟岩的膨脹試驗，有助於對軟岩改性效果的定量研究。創造性的提出膨脹性軟岩土的原位改性加固方法，豐富和完善了軟岩工程穩定性控制技術的理論體系和實踐內涵，對軟岩及其工程穩定性控制理論的研究和控制實踐的發展具有積極的推動作用。