铜街—曼家寨矿区片岩遇水软化特征与机理研究

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上世纪50年代,苏联学者提出水岩相互作用(WRI),几十年以来,国内外研究人员针对砂岩、泥岩、板岩进行水岩作用机理进行研究,并取得突破进展。片岩属于特殊软岩,在自然状态下力学强度较高,浸水之后力学强度降低达到软岩标准,本文依托铜街—曼家寨露天采场专项工程地质研究项目,对矿区广泛分布的绿泥片岩、二云片岩、二云石英片岩开展大量室外与室内点荷载试验,运用SEM电镜扫描、EDS能谱分析、XRD衍射分析的手段和二元回归等方法,从物理、化学角度探究以上三种片岩的软化机理,文章的主要研究内容与结论如下:(1)通过大量点荷载试验获取岩石单轴抗压强度,结果表明:绿泥片岩、二云片岩属于软岩,二云石英片岩属于较软岩;三种片岩的单轴抗压强度均与埋深、RQD呈正相关关系;(2)根据大量现场浸水试验,发现随着岩体质量指标(RQD)的增加,绿泥片岩、二云片岩的软化系数存在着整体上升的趋势,二云石英片岩的软化系数与RQD相关性差;绿泥片岩、二云片岩的风化程度越高,软化系数越低,全—强风化层底部软化系数最小,三种片岩在中—微风化层的软化系数无明显相关性;三种片岩的软化系数与埋深相关性较差,但与构造有一定的相关性,断层发育位置,片岩软化系数低,变幅小;(3)对绿泥片岩、二云片岩、二云石英片岩开展室内浸水软化试验,得到三种片岩的单轴抗压强度与含水率、浸水时间的变化规律:浸水时间越长、含水率越高,岩石抗压强度越低;(4)对不同浸水时长的片岩进行XRD衍射分析,结果表明:以绿泥片岩、二云片岩为主,影响软化作用的主要矿物为蒙脱石、绿泥石、伊利石、白云母等粘土矿物,并通过线性拟合得出蒙脱石含量与软化系数呈负相关关系;(5)开展SEM电镜扫描、EDS能谱分析,结合水化学分析结果,得到片岩软化的微观机理:粘土矿物的膨胀作用、崩解作用、溶解溶蚀作用、离子交换作用、水化作用导致岩石结构变化,力学强度降低。
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