松散岩土体崩解试验研究

2011-06-12文义明侯克鹏周宗红

有色金属（矿山部分） 2011年1期

文义明，侯克鹏，周宗红

(昆明理工大学国土资源工程学院，昆明 650093)

引言

岩石在水中发生崩解的现象是岩石水理性的重要特征之一[1]。当松散岩土体被用作回填边坡时，材料往往遭受着大气降水以及地下水位变化等的作用，材料产生崩解现象会进一步造成材料强度和稳定性的降低，以至于边坡内部出现潜在的滑面或弱面。因此对松散岩土体进行崩解试验显得尤为重要。

本文选取云南某露天排土场石英片岩、云母片岩两种松散岩体进行了室内崩解试验研究。

1 试验方法及步骤

1.1 试验方法

室内浸水试验主要以自然水体为试验岩样崩解的环境介质，将天然状态下的岩样置于清水中，观察其崩解现象和过程。并且对烘干后的崩解物进行颗粒分析，以确定岩样崩解的速度和等级，以及崩解物级配在理想崩解条件下的变化规律。为此，室内浸水崩解试验的主要步骤为：

1)天然状态下的岩样按初始级配称取2kg，置于敞口透明的塑料量杯中，称重后注入清水至淹没试样为止；

2)记录试样开始崩解时间并记录现象，一周、二周、三周、四周后观察并记录试样的崩解碎裂情况；

3)达到浸泡时间(第一次浸泡时间为一周，以后则不少于一周)后，将容器中的岩样带水过筛，得到崩解物；

4)将崩解物风干30分钟后，放在托盘上放入烘箱内，在105℃恒温下烘干至恒重，烘干时间不少于8小时；

5)将烘干后的试样连同托盘取出，放于干燥器内冷却至室温后，做筛分试验，并结合工程实际需要，将级配粒径设为：60～40 mm、40～20 mm、20～10 mm、10～5 mm、5～2 mm、2～0.5 mm、0.5～0.25 mm、0.25～0.1 mm、0.1～0.075 mm、<0.075 mm；

6)重复步骤3)到5)，测得岩样浸泡两周、三周、四周后的颗粒级配数据。

1.2 试验现象记录及级配测定

岩样浸水后，一周、两周、三周、四周级配测定见表1、2：

表1 石英片岩试样崩解过程颗粒级配变化表

表2 云母片岩试样崩解过程颗粒级配变化表

2 试验成果分析

2.1 颗粒粒径的测定结果分析

根据试验颗粒粒径级配的测定结果，绘制出两种岩样崩解过程的粒径级配柱状图及粒径级配曲线图。见图1、2、3、4。

图2 石英片岩试样崩解过程粒径级配曲线图

由图1、2可知：石英片岩崩解主要发生在前两周，第三、四周崩解趋于稳定；三、四周粒径级配曲线呈现重合之势；崩解主要发生在60～20 mm粒径之间。

图3 云母片岩试样崩解过程颗粒级配变化柱状图

图4 云母片岩试样崩解过程粒径级配曲线图

由图3、4可知：云母片岩较石英片岩崩解程度明显剧烈，发生崩解的粒径也更广泛，各个粒径在次过程中变化均比较明显。

2.2 软岩崩解过程分形理论分析

分形几何是一门新的数学分支，它主要用来描述自然界的不规则以及杂乱无章的现象和行为。大量的研究已经表明，岩体在各种非人为的外界力(包括自然力和机械力)随机作用下的破碎是一个分形。该结论在岩体空隙、结构面，岩体的开挖、尾矿场、爆破等的块度分析中得到了验证[2]。岩体在吸水后的崩解破碎是随机破碎，自然也是一个分形。分形的刻画指标是分维数。

根据分形理论，设用孔径为r的筛子来筛分试样，将筛下的物料总数计为N1(r)，筛网上面物料总数计为N2(r)，则N(r)=N1(r)+N2(r)。

定义关联函数C(r)为：

(1)

适当调整筛网孔径r的大小，若在某一粒径区间范围内存在如下关系：

C(r)∝rD

(2)

指数D就是一种维数，它是关联维数很好的逼近，而关联维数D的严格定义则为：

(3)