深部粘性土的微观结构与力学性质试验研究分析_孙如华 (1)

文章编号:1003-6474(2002)03-0171-03

深部粘性土的微观结构与力学性质试验研究分析

孙如华,李文平,李小琴

(中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州221008)

摘要:采用扫描电镜、X-射线衍射方法研究了拟建矿井龙固矿深部粘性土的微观结构,并进行了力学强度的测试,初步探讨了其工程地质特征及影响因素,其结果可为微观结构和宏观力学性质的研究提供参考依据。关键词:扫描电镜;微观结构;力学性质;山东龙固中图分类号:P642.11+3;P642.11+6 文献标识码:A

1 引言

O O P

微观结构是决定土的工程性质的重要因素,近年来,随着电子显微镜技术的发展,微观结构研究取得了长足的进步,如何定量描述微观结构是各国学者正努力探讨的课题。但涉及深部粘性土微观结构的研究为数不是很多,尤其是在微观结构和力学性质的结合研究方面。本文采用扫描电镜、X-射线衍射方法研究了深部粘性土的微观结构、力学特性,作为进一步研究的基础。

山东龙固矿井位于鲁西南平原地区,土层深厚,试验土层深度为500m~590m,本文中的图表数据为两组典型粘性土样,通过两组粘性土的微观结构和力学特性的对照比较,以综合得到深部粘性土微观结构和力学性质的关系。取样和测试按有关规程进行。

2 试验方法

微观结构:矿物组成和胶结特征采用扫描电镜和X-射线衍射等方法。

力学性质:对粘性土进行压缩、直剪和膨胀等试验。

主要仪器:电子扫描镜S250-2型,X-射线衍射D/Max-3B 型,电动应变式无侧限压缩仪DW-1型,电动等应变直剪仪DZJ-1型,三联固结仪WG -1型,膨胀仪WZ-2型。

3 微观结构

土的微观结构是由其基本单元体构成的,通常称为结构单元体,而结构单元体主要是由单粒(原生

矿物的碎屑)和集粒(细小矿物颗粒、个别有较大的原生矿物碎屑被一些胶结物胶结而成的矿物集合体)组成。结构单元体的大小、形状、排列组合方式及其结构连结状况就是土的微观。试验使用的粘性土主要粘土矿物是伊利石/蒙脱石混层,其次是高岭石和伊利石,有部分绿泥石和蒙脱石矿物,其扫描电镜下的粘性土的微观结构见图1,X-射线衍射得到的粘土矿物成分分析见图2。

粘性土的矿物成分分析见表1。

4 力学性质

试验中发现粘性土样中以钙质粘土、含钙结核

表1 粘土X-射线衍射定量分析结果

样品序号矿物成分/%

I/M

M I K CL 1#543172222#56

2

16

22

4

注:I/M :伊利石/蒙脱石;M:蒙脱石;I:伊利石;K:高岭石;

CL:绿泥石

江苏地质,26(3),171)173,2002 O O P

作者简介:孙如华(1977)),男,江苏盐城人,中国矿业大学

资源与地球科学学院硕士研究生,从事岩土工程、水文地质和工程地质方面研究.

基金项目:国家自然科学基金资助项目(49702039)

收稿日期:2002-07-04;编辑:李卉

图1

扫描电镜下的粘性土的微观结构

图2 X-射线衍射分析粘土矿物成分图

表2 粘土力学性质测试结果

样品序号抗压强度/kPa 内聚力/kPa 内摩擦角/b 膨胀力/kPa 有侧限自由膨胀率

/%

备 注1#86125258108

53170

32419823140含钙结核

2#

44179

187157

29119

54158

28117

钙质粘土

粘土为主,因此试验中各种土样的力学参数差异较大。以上述两种土样为例,虽然两者的粘土成分相差不大,而通过扫描电镜图片观察,发现其结构差异明显,力学性质的变化则更大。粘土力学性质测试结果见表2。

在整个试验中,粘性土土样的抗压强度介于40kPa ~90kPa 之间,膨胀力介于22160kPa ~324112kPa 之间,膨胀率为6197%~27140%不等,内聚力为6718kPa ~393150kPa 之间,内摩擦角为26172b ~54172b 之间。

5 结论

根据试验结果和实际资料的初步分析,对龙固

矿500m 以下的粘性土层的工程地质特性有如下认识:

1深部粘性土的力学强度变化非常大,一般情况下,含钙结核的粘性土的强度较高,含砂粘土的强度较低。o深部粘性土的矿物成分变化不大,但微观结构差异却非常大。?深部粘性土中很多土层存在小滑面(很可能是应力释放引起的),在试验中清晰可见,虽然矿物成分、微观结构相近,但有小滑面的土层与无小滑面的土层的力学性质差异非常大。由此可见,深部粘性土的微观结构和力学性质具有密切关系,如何建立宏观力学性质和微观结构的关系,将是今后我们广大土力学工作者研究的重点。参考文献:

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质的试验研究[A].矿业工程论文集[C].1996.

[4] 施斌,姜洪涛.粘性土的微观结构分析技术研究[J].岩

石力学与工程学报,2001,20(6).

Test and Assay of Microstructures and Mechanic Properties for Deep Clayey Soils

SUN Ru -hua,LI Wen -ping,LI Xiao -qin

(Resources &Geosciences Institute of China University,Xuzhou 221008,Jiangsu)

Abstract:M icros tructures play an i mportant role i n determining the engineering characteristics of the soils.In recen t years,along with the de -velopment of electron microscopic technology,the studies on microstructrues have made great progress,and how to describe the microstructures q uantitatively become an effor-t exerting subject for the scholars both home and abroad.Up till now,little research has referred to the microstruc -tures of deep clayey soils and the combination of microstructure wi th mechanic characteristics in particular.By the methods of scanning electron microscope and X -ray diffraction,the microstructures of the deep clayey soils in the planned mining pit of Long -gu Mine are studied and me -chanic properties are tested.The engineering geological properties and the impact factors of the clayey soils are initially discussed and the testin g results can be served as reference bases for the studies of microstructures and macromechanic properties.

Keywords:Scanni ng electron microscope;Micros tructures;Mechanic properties;Long -gu,Shandong

黄山立马峰题名石刻

黄山立马峰,是安徽省黄山风景区72座名峰之一,古代曾以其形似鸾凤而得名青鸾峰,近代人认为它更像一匹腾空而立的烈马,因而改称它为立马峰。从黄山南大门登山,

由慈光阁上行往半山寺的山道上,有座青鸾桥(又称立马桥),其右侧就是立马峰,山峰岩石为肉红色粗晶花岗岩,高大的陡壁是一条大的正断层面,产状:175b N 78b 。据有关资料介绍,李四光在此作地质考察时,曾在此处悬崖峭壁上发现数条第四纪冰川擦痕,现今站立马桥上仍能看到沟痕。在立马峰峭壁上凿刻着十个大字:/立马空东海,登高望太

平0,下款有/唐式遵题0字样。十个擘窠大字,每字直径二

丈八尺(约9133m),深215寸(约83mm),书法笔力遒劲,气势恢宏,这在雄奇的悬崖上,极为状观。

据南京叶由老人介绍,1938年秋,他当时20岁出头,作为一个青年记者,曾参加徽州各界人士慰问团,采访过出川抗日将领唐式遵,时任国民党第三战区第23集团军总司令,进驻皖南太平、石埭、歙县一带,总部就在黄山脚下。这十个大字是唐命人撰联并书写。此联作者借景抒怀,以立马、东海、太平等实景,表达了抗日将士同仇敌忾,雄视东海(洋)的英雄气慨,抒发了抗战必胜,还我河山,重建和平生活的壮志豪情。

据悉,此项工程难度极大,石工从峰后爬上峰顶,用粗绳系腰凌空垂吊在峭壁上作业,其艰巨惊险程度令人难以想象,川军士兵和民工、石匠数百人,历时两年始成。凿刻这十个大字,耗资20万元。

抗日战争胜利后,唐式遵率部返川。在解放军进军大西南时,其部被解放军消灭于西南边境,唐式遵也被击毙。这是一个悲剧人物。

(项长兴)

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第3期 孙如华等 深部粘性土的微观结构与力学性质试验研究分析