一种膨胀性泥岩崩解特性测试方法

本发明涉及岩土工程，尤其涉及一种膨胀性泥岩崩解特性测试方法。

背景技术：

1、在工程建设领域，岩土体的物理力学性质是最基础且不容忽视的。作为膨胀岩分布最广泛的国家之一，我国膨胀岩种类繁多，年代久远，其中，最具代表性的就是膨胀性泥岩。其遇水后膨胀崩解的特性易引发各种工程问题，如矿山巷道底鼓、高速铁路路基失稳、桥梁基座失稳等。因此，事先确定工程岩体的膨胀崩解特性显得尤为重要。

2、由于现场原位试验耗时耗力耗财，针对膨胀性泥岩的耐崩解测试多采用室内试验。已有室内试验研究多从宏观和微观等多方面研究了干湿循环下泥岩的崩解原因、特性以及破坏形式，但鲜有对泥岩崩解物形状进行表征，泥岩膨胀崩解机理的认识也尚不统一，需要进一步改进膨胀性泥岩耐崩解特性室内试验方法。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了膨胀性泥岩崩解特性测试方法，能阐明泥岩的崩解原因、特性以及破坏形式且能表征岩石崩解物形状的岩石崩解性室内测试方法。

2、本发明实施例所提供的技术方案如下：

3、本发明实施例提供了一种膨胀性泥岩崩解特性测试方法，包括：

4、(1)在所述膨胀性泥岩现场原位选取无明显裂隙的泥岩大块；

5、(2)对选取的所述泥岩大块进行分组，所述分组的泥岩大块包括天然组岩样和干燥组岩样，所述天然组岩样是未经处理的现场原位选取的泥岩，所述天然组岩样采样后在容器内进行密封保存，所述干燥组岩样经过干燥冷却恒重后密封保存在容器内，其中，选取至少一部分所述天然组岩样研磨为粉状岩样，通过x射线衍射(xrd)技术对所述粉状岩样进行矿物成分分析；

6、(3)向所述天然组岩样和所述干燥组岩样中注入等量清水，观察所述容器内的水位分别没过所述天然组岩样和所述干燥组岩样，将所述天然组岩样和所述干燥组岩样分别浸泡预定时间δt，在所述浸泡时间δt内持续观察和记录所述天然组岩样和所述干燥组岩样的崩解过程；

7、(4)将所述天然组岩样和所述干燥组岩样在预定时间内崩解的崩解物进行过滤烘干和冷却，并进行逐级筛选，对不同粒径的崩解物进行称重和记录，并且，选取浸泡所述浸泡时间δt后的所述天然组岩样的泥岩断面试样，和浸泡所述浸泡时间δt后的所述干燥组岩样的泥岩断面试样，再次加工为具有相同尺寸的断面试样，进行真空喷金后，分别置于扫描电子显微镜下放大2000倍以上进行对比观察和sem微观结构分析，并结合xrd技术分析获得的矿物成分，对所述膨胀性泥岩的崩解性进行分析；

8、(5)所述天然组岩样和所述干燥组岩样进行初次崩解后剩下的未崩解岩块，以及进行初次崩解后的所述崩解物，烘干冷却，重复步骤(3)和(4)，直至岩样完全崩解；

9、(6)通过计算软件将sem观察到的泥岩微观结构图片中的孔隙面积、数量，颗粒大小等定量化，并结合xrd技术分析获得的矿物成分，分析泥岩崩解内在原因和破坏形式。

10、一些实施例中，步骤(6)中的所述计算软件为matlab编程软件。

11、一些实施例中，通过matlab软件，对电镜扫描获得的原始图片进行预处理，利用原始图片内自带的尺度标准进行标定，标定完成后，进行定量计算，具体包括：

12、1)定量参数选取：包括选取孔隙总面积、孔隙数量、面孔隙比、平均孔径、颗粒最大、最小面积，其中，平均孔径，(s为孔隙总面积，x为孔隙总数量)，颗粒最大、最小面积根据费雷特直径计算，费雷特直径指每隔10°方向的一个直径；

13、2)选取图像：选取tm4000plus电镜扫描放大2000倍的泥岩图像；

14、3)标定尺寸：根据泥岩原图上的标尺显示尺寸和实际测量尺寸之比，确定实际放大倍数，可反推定量参数实际尺寸；

15、4)分割阈值：利用matlab中的grythresh函数求取在[0，1]之间的最佳阈值；

16、5)定量化处理：将分割阈值直接传递给im2bw完成灰度图像二值化处理，再通过matlab进行定量化计算。

17、一些实施例中，在步骤(1)中，在所述膨胀性泥岩现场原位选取无明显裂隙的泥岩大块包括敲击泥岩获取泥岩大块或者钻取泥岩获取泥岩大块。

18、一些实施例中，在步骤(2)中，所述天然组岩样用烧杯承取，在烧杯上覆盖保鲜膜进行密封保湿，所述干燥组岩样采用dgg－9240电热恒温鼓风干燥箱内烘干至恒重并冷却，烘干温度在100℃到120℃，烘干时间为24h，直至将所述干燥组岩样烘干至含水量为零。

19、一些实施例中，选用日本理学rigaku ulima iv x射线衍射仪，取所述天然组岩样的磨成粉末状的岩样3g左右，进行xrd半定量分析。

20、一些实施例中，在步骤(3)中，所述天然组岩样和所述干燥组岩样分别浸泡预定时间δt为12到16小时。

21、一些实施例中，在步骤(4)中，

22、筛选所述崩解物包括采用不同孔径的标准筛进行逐级筛选，其中，所述孔径包括20mm、10mm、5mm、2mm、1mm中的至少一种；

23、浸泡12到16小时后，在所述天然组岩样和所述干燥组岩样中，分别选取泥岩断面试样，将所述试样分别加工为具有相同尺寸的两组所述试样，所述试样的尺寸为长10mm，宽10mm，厚1mm；

24、将两组加工后的试样喷金置于扫描电镜sem进行对比分析，其中，扫描电镜sem选用日立tm4000台式扫描电子显微镜。

25、一些实施例中，在步骤(2)中，对选取的所述泥岩大块进行分组，所述分组的泥岩大块包括天然组岩样和干燥组岩样，其特征在于，所述天然组岩样包括至少一组岩样，所述干燥组岩样包括至少一组岩样，所述天然组岩样中岩样的数量和所述干燥组岩样的数量相同，所述天然组岩样和所述干燥组岩样具有相同编号，对于相同编号的两组岩样中的岩块大小和形状一致。

26、一些实施例中，所述天然组岩样包括编号为1号、2号和3号的岩样，所述干燥组岩样包括编号为1号、2号和3号的岩样，其中，所述干燥组岩样的1号岩样和所述天然组岩样的1号岩样具有相同的大小和形状，所述干燥组岩样的2号岩样和所述天然组岩样的2号岩样具有相同的大小和形状，所述干燥组岩样的3号岩样和所述天然组岩样的3号岩样具有相同的大小和形状。

27、本发明实施例所带来的有益效果如下：

28、上述方案中，通过步骤(1)到步骤(5)中展示的泥岩崩解性试验，确定膨胀性泥岩的崩解性，同时辅以xrd矿物成分分析，获得天然含水状态下的泥岩粉末矿物成分组成及含量占比，通过sem微观结构分析和xrd矿物成分分析，能够得到泥岩崩解性原因，以及通过微观结构定量分析深入阐明泥岩崩解内在原因和破坏形式，并且能够表征岩石崩解物形状，从而加深理解泥岩崩解原因及崩解过程，进而更好的解释膨胀性泥岩的崩解性。

技术特征：

1.一种膨胀性泥岩崩解特性测试方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的膨胀性泥岩崩解特性测试方法，其特征在于，步骤(6)中的所述计算软件为matlab编程软件。

3.根据权利要求2所述的膨胀性泥岩崩解特性测试方法，其特征在于，通过matlab软件，对电镜扫描获得的原始图片进行预处理，利用原始图片内自带的尺度标准进行标定，标定完成后，进行定量计算，具体包括：

4.根据权利要求1所述的膨胀性泥岩崩解特性测试方法，其特征在于，在步骤(1)中，在所述膨胀性泥岩现场原位选取无明显裂隙的泥岩大块包括敲击泥岩获取泥岩大块或者钻取泥岩获取泥岩大块。

5.根据权利要求4所述的膨胀性泥岩崩解特性测试方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述天然组岩样用烧杯承取，在烧杯上覆盖保鲜膜进行密封保湿，所述干燥组岩样采用dgg-9240电热恒温鼓风干燥箱内烘干至恒重并冷却，烘干温度在100℃到120℃，烘干时间为24h，直至将所述干燥组岩样烘干至含水量为零。

6.根据权利要求5所述的膨胀性泥岩崩解特性测试方法，其特征在于，选用日本理学rigaku ulima iv x射线衍射仪，取所述天然组岩样的磨成粉末状的岩样3g左右，进行xrd半定量分析。

7.根据权利要求1所述的膨胀性泥岩崩解特性测试方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述天然组岩样和所述干燥组岩样分别浸泡预定时间δt为12到16小时。

8.根据权利要求7所述的膨胀性泥岩崩解特性测试方法，其特征在于，在步骤(4)中，

9.根据权利要求1-8任一项所述的膨胀性泥岩崩解特性测试方法，在步骤(2)中，对选取的所述泥岩大块进行分组，所述分组的泥岩大块包括天然组岩样和干燥组岩样，其特征在于，所述天然组岩样包括至少一组岩样，所述干燥组岩样包括至少一组岩样，所述天然组岩样中岩样的数量和所述干燥组岩样的数量相同，所述天然组岩样和所述干燥组岩样具有相同编号，对于相同编号的两组岩样中的岩块大小和形状一致。

10.根据权利要求9所述的膨胀性泥岩崩解特性测试方法，其特征在于，所述天然组岩样包括编号为1号、2号和3号的岩样，所述干燥组岩样包括编号为1号、2号和3号的岩样，其中，所述干燥组岩样的1号岩样和所述天然组岩样的1号岩样具有相同的大小和形状，所述干燥组岩样的2号岩样和所述天然组岩样的2号岩样具有相同的大小和形状，所述干燥组岩样的3号岩样和所述天然组岩样的3号岩样具有相同的大小和形状。

技术总结
本发明提供一种膨胀性泥岩崩解特性测试方法，该方法包括：泥岩取样、岩样分组、岩样浸水、试样筛分、循环崩解、XRD矿物成分分析、SEM微观结构分析和微观结构定量分析，本发明的泥岩崩解性测试方法包括泥岩崩解性试验、XRD矿物成分分析、SEM微观结构分析以及微观结构定量分析四部分，能够全面有效的获取泥岩的崩解特性和表征崩解物形状，同时能够阐明泥岩的崩解原因、破坏形式，能够为相关岩石崩解性测试提供有益参考。

技术研发人员：郭东杰,都海龙,金爱兵,王俊红,赵怡晴,朱德智,王建彬,张晋斌,陶广美,马赛,王萌
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15