泥岩成分特征及含量（矿物组分对泥岩物理力学性质影响研究及工程应用）
泥岩成分特征及含量（矿物组分对泥岩物理力学性质影响研究及工程应用）然而仅通过一种或 少量几种泥岩来分析矿物组分对泥岩物理力学特性的影响是远远不够的，不同矿 物组分泥岩的物理力学特性及工程特性存在着很大差异，导致泥岩边坡的稳定性 天差万别。然而目前的研究工作多是从某一工程实例出发进行分析，对泥 岩物理力学特性的研究也仅为现场采集到的泥岩，泥岩之间的矿物组分区别不大。此外，泥岩边坡也是在这一种泥岩的基础上进行稳定性分析。2007年4月27日，青海省西宁市一泥岩边坡支护工程发生滑坡事故，造成3人死亡，一人受伤，直接经济损失达60余万元；2010年6月28日， 贵州省关岭县发生“6.28山体滑坡事故”，受灾人数达36.4万。因此开展泥岩及泥岩边坡稳定性研究具有十分重要的经济和社会意义。 目前，对于泥岩及其引发的泥岩边坡滑坡引起了众多研究者的注意，探究泥 岩边坡发生失稳破坏的原因除了从边坡的岩体结构、工程扰动等方面入手外。更 重要的还是研究泥岩自身的性质，泥岩的物
1.1 研究背景及意义泥岩作为最为常见的软岩之一，在我国分布极为广泛，是在土木工程建设中 无法避免的一种岩土体，例如在重庆东北部和湖北西部开展铁路建设中常见的巴东红层泥岩。泥岩是一种由弱固结黏土经压实等作用而形成的沉积型岩石。
由于其黏土矿物含量较高，内部结构松散，具有力学强度低、胶结强度差、遇水易软 化崩解等特性，这就导致在赋存泥岩地区开展大型基建活动时，地基沉降、岩体 滑坡、坝基开裂等工程问题时有发生，特别是滑坡现象较为普遍。
严重困扰着生 产业建设的顺利进行。近几年随着西部大开发和全国公路、铁路网的完善，全国范围内土木工程建 设正如火如荼，随之而来的便是有关泥岩的工程问题越来越普遍。特别是在高速 公路、铁路建设中常见的泥岩边坡。
由于泥岩自身的特性，导致泥岩边坡更易受 到降雨、工程扰动等因素的影响而产生边坡失稳。此外，相比于其他岩体滑坡， 泥岩边坡一旦发生失稳，其发生滑坡的时间更短、滑体的范围更大、造成的危害 程度更为严重。
2007年4月27日，青海省西宁市一泥岩边坡支护工程发生滑坡事故，造成3人死亡，一人受伤，直接经济损失达60余万元；2010年6月28日， 贵州省关岭县发生“6.28山体滑坡事故”，受灾人数达36.4万。
因此开展泥岩及泥岩边坡稳定性研究具有十分重要的经济和社会意义。 目前，对于泥岩及其引发的泥岩边坡滑坡引起了众多研究者的注意，探究泥 岩边坡发生失稳破坏的原因除了从边坡的岩体结构、工程扰动等方面入手外。
更 重要的还是研究泥岩自身的性质，泥岩的物理力学特性直接影响到泥岩边坡的稳 定状态。无论是哪一类型的泥岩，决定其物理力学性质的主要因素是矿物组分，特别是泥岩所含有的黏土矿物，其含量最高可达80%，对泥岩的物理力学性质等 有着极强的影响。
然而目前的研究工作多是从某一工程实例出发进行分析，对泥 岩物理力学特性的研究也仅为现场采集到的泥岩，泥岩之间的矿物组分区别不大。此外，泥岩边坡也是在这一种泥岩的基础上进行稳定性分析。
然而仅通过一种或 少量几种泥岩来分析矿物组分对泥岩物理力学特性的影响是远远不够的，不同矿 物组分泥岩的物理力学特性及工程特性存在着很大差异，导致泥岩边坡的稳定性 天差万别。
因此，系统开展多种不同矿物组分泥岩的基础性研究，探明矿物组分对泥岩 微观结构、物理性质、力学性质的影响并进行总结归纳，然后再进行泥岩边坡稳 定性分析更具有工程意义。比如不同矿物组分泥岩边坡的抗滑桩设计就不相同。
它需要在不同矿物组分泥岩物理力学性质研究的基础上对泥岩边坡进行稳定性分 析得到。因而本文在采集多种不同矿物组分泥岩的基础上，深入研究矿物组分对 泥岩物理力学性质的影响，为数值模拟提供数据支持。
然后利用工程实例建立的 边坡模型，分析矿物组分对泥岩边坡稳定性的影响机制，为泥岩边坡工程的建设 提供一定的理论依据和参考。
泥岩作为典型的沉积型岩石，其矿物组分主要分为黏土矿物、碎屑矿物和胶 结物三大类。泥岩的黏土矿物主要包含蒙脱石(S)、伊利石(I)、高岭石(K)、绿泥石 (C)和混层矿物，其中混层矿物主要分为伊利石/蒙脱石混层(I/S)和绿泥石/蒙脱石混层(C/S)。
碎屑矿物主要为石英、长石、方解石、云母等；胶结物主要为碳酸钙和 赤铁矿。本文研究矿物组分对泥岩物理力学性质的影响，并将其应用到泥岩边坡 的稳定性分析之中。因此围绕着矿物组分对泥岩基础物理特性、崩解特性、力学 特性的影响及泥岩边坡的稳定性分析对国内外研究动态进行阐述。
1.2.1 矿物组分对泥岩物理特性影响研究现状
黏土矿物是含水层状硅酸盐和含水非晶质硅酸盐矿物的总称，具有颗粒细小 (粒径一般小于0.01mm)、比表面积大、表面能强、并且具有特殊的微观结构等特点，是泥岩中较为活跃的矿物成分[ 5 6]。泥岩中的黏土矿物具有很强的亲水性，遇水后体积会发生膨胀。
从而改变了岩石的微观结构。蒙脱石是一种铝硅酸盐黏土 矿物，比表面积极大，吸水能力非常强，当遇到矿化程度较低的淡水时，其体积 可以膨胀到原体积的数百倍，是造成泥岩膨胀的最主要黏土矿物。
因此，蒙脱石的含量可以作为评判软岩膨胀特性的重要指标。部分泥岩由于成岩作用导致其 纯蒙脱石含量极低，大部分蒙脱石常以伊/蒙混层或绿/蒙混层的形式出现。孙小明 等人根据伊/蒙混层或绿/蒙混层的混层比对混层中的蒙脱石含量进行了换算。
然后根据蒙脱石在混层中的含量对强膨胀性软岩就行了划分。薛彦瑾等人提出了 等效蒙脱石的概念，将蒙脱石、伊利石和高岭石在泥岩中的含量通过公式进行等 效换算，将等效蒙脱石含量7%作为泥岩强膨胀性的上限。
并在0%~7%的区间内 对泥岩膨胀性进行了细分。 黏土矿物的膨胀使得孔隙通道变窄，改变泥岩的孔隙率，阻碍水流通过，造成泥岩渗透性和吸水性的变化。梁云汉在对潍北凹陷孔店组泥岩的研究中发现。
黏土矿物对泥岩内部孔隙的演化具有重要影响，是影响泥岩孔隙度的重要内在因 素，高岭石相对含量与孔隙演化具有相同的变化趋势，伊利石和绿泥石则相反。程晓玲在对苏北盆地台兴油田的泥岩研究中也得出了相同的结论。
此外她还发 现伊/蒙混层相对含量的变化趋势与孔隙演化也有着一定的相关性。陈晶等人发现泥页岩的有效孔隙度与高岭石的含量有着较强的正相关关系，与绿泥石的含量 则呈现较弱的正相关关系，而与伊利石的含量呈负相关。
此外，泥页岩的渗透率与高岭石的含量呈较弱的正相关关系，而与伊利石得含量则呈现较弱的负相关关系。何满潮等人在对深部泥岩的吸水试验中发现，同一种岩性的泥岩或者泥质 砂岩，黏土矿物含量与吸水量和吸水速率均呈负相关关系。
孙强等人对不同黏 土矿物含量的泥岩进行了浸水崩解实验，并根据遇水崩解后的变形破坏特征将泥 岩水稳定性分为了6种，发现高岭石、伊利石和伊/蒙混层的相对含量是影响泥岩 水稳定性的重要因素之一。
曲永新等人在对50多个泥岩进行干燥饱水试验后， 发现泥岩的干燥饱和吸水率随蒙脱石含量的增大而明显增加。 目前关于矿物组成对泥岩物理特性的影响主要集中在黏土矿物的转化机理和内部孔隙度的变化上。
黏土矿物的含量和成分在外部环境下发生转化，例如长石 类矿物会转化成伊利石，蒙脱石会向混层矿物进行转化，这就导致了泥岩的内部微观结构发生了变化，吸水性和孔隙度会存在很大差异。但是研究还是局限于一种或少数几种泥岩上。
并且没有系统性的进行对比分析，本文以某工程中采集到的泥岩为主，又从全国采集了多种不同矿物组分泥岩进行了物理性质的测试，分析不同矿物组分泥岩物理性质的差异，并将得到的试验结果用于后续的泥岩边坡 稳定性分析中。
1.2.2 矿物组分对泥岩软化崩解特性影响研究现状
泥岩的软化崩解通常是在水的作用下，泥岩的强度发生降低，并由完整的岩 块破裂解体的现象。泥岩的崩解主要分为两种机制：第一种为泥岩内含有大量黏土矿物，例如蒙脱石、伊利石等。
当泥岩浸水后，亲水性强的黏土矿物由于吸 附作用吸附水分子从而膨胀变形，在膨胀力的作用下导致岩石破坏解体，即“吸 水膨胀崩解机制”；第二种为泥岩内部的可溶性胶结物、盐类物质被水溶解后，形成内部联通的孔隙，水分子进入岩石空隙中会产生楔裂压力。
同时水分子会进入到胶结物的颗粒之间从而削弱胶结物的粒间作用力，胶结物的溶解和软化降低了岩石的胶结强度，当楔裂应力大于胶结强度时就导致岩石破坏解体，即“楔裂压 力崩解机制”。
这两种机制通常同时出现，导致泥岩的软化崩解。目前关于矿物组 分对泥岩崩解特性的影响研究主要集中在以下两个方面： 崩解过程中泥岩崩解现象和微观结构特征变化研究 吴道祥等人通过多个干湿循环下的崩解实验。
对3种红层泥岩和两种砂岩的崩解过程进行了探究，根据这五种软岩的崩解现象将软岩崩解性分为了4个级别。根据三种泥岩的崩解产物和崩解程度将红层泥岩的崩解状态分为5种类型。
柴肇云等人针对泥质页岩、砂质泥岩和铝土质泥岩进行了耐崩解试验，根据三种软 岩矿物成分的不同和耐崩解性的差异归纳出了泥岩的崩解机理：含蒙脱石的吸水膨胀和不含蒙脱石的裂隙扩容。
周翠英等人将泥岩等软岩在天然下的微观结构分为了4种：粒状结构、致密条带状结构、团块状结构和花瓣状结构，不同微观 结构岩石成分的差异体现在粘粒和粉粒含量的不同。在遇水饱和后，软岩的微观结构发生了变化。
粒状、致密条块状结构转化为团块状和花瓣状结构，这种转化 揭示了软岩遇水后膨胀变形的特征。车平等人对砂质泥岩进行了长达120天的 浸水试验，发现砂质泥岩表面裂隙的方向多呈水平方向。
通过扫描电镜研究泥岩 的微观结构的变化时，发现裂隙的产生是由黏土矿物吸水膨胀和可溶盐溶解，楔裂压力的产生两种机制共同作用的结果。曹雪山等人[ 27]对红层泥岩进行了自然约束下的崩解试验。
发现随着干湿循环次数的增加，泥岩的裂隙宽度、长度和密度 均增大，并且在试样表面形成了密集的裂隙网。谈云志等人对泥岩进行了干湿 循环和上部荷载共同作用下的固结压缩试验。
发现当泥岩初次浸水后压实泥岩会发生膨胀，但随着干湿循环次数的增多，泥岩试验会发生压缩变形。根据实验结 果提出了泥岩的孔隙-水-荷载耦合作用模型，揭示了泥岩在荷载和水的作用下的崩解特性。
