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强风化炭质页岩崩解特性的灰关联分析

更新时间:2009-03-28

0 引言

炭质页岩是一种强度低、易风化、易崩解的膨胀性软岩,通常炭质页岩遇水容易崩解,在失水状态容易收缩开裂,开挖后新的岩体暴露在自然环境中,造成岩体破碎,强度变低,新开挖的边坡易发生失稳,对道路沿线交通造成较大的安全隐患.近年来,罗传根[1]等对预崩解处理后炭质页岩路用性能试验进行了研究,得到炭质页岩崩解后为中压缩性土,其抗剪强度较高;付宏渊[2]等得到宜州至河池高速公路沿线炭质页岩崩解基本完成时分维数约为1.7;苏永华[3]等研究了软岩膨胀崩解试验及分形机理.但是众多研究中并没有找到影响炭质页岩崩解特性的根本原因.

直接写词语,不写拼音。指名1人板演,其他人在练习本上写,写完后自己对照书批改、订正1遍。师提醒学生:黑板上空行处可写一个自己预学中关注到的、印象比较深刻的词语。

本文将结合实际工程对强风化炭质页岩粘土矿物质量分数、化学成分质量分数等多种影响炭质页岩崩解的因素进行关联度分析,找到影响炭质页岩遇水崩解的主要因素,进一步研究炭质页岩的崩解特性.

1 工程概况

本文研究的炭质页岩边坡位于某高速改扩建工程K1431+380左侧,如图1所示,边坡现有地质情况如下:强风化炭质页岩:黑色,夹泥岩,受风化作用显著,岩体强度低,敲击易碎.揭露厚度18.80 m,土石工程分级Ⅲ级.强-中风化炭质页岩:黑色,夹泥岩,块状结构,节理裂隙极发育,岩体极破碎,敲击声哑,属软岩.揭露厚度35.80 m,土石工程分级Ⅲ-Ⅳ级.中风化炭质页岩:黑色,岩体极破碎-破碎,属较软岩至软岩.揭露厚度27.50 m,土石工程分级Ⅳ~Ⅳ级.

译者既是本土文化的携带者又是异域文化的传播者,他往往受到两种文化力量的影响和操控。因此,在翻译过程中,文化心理活动取决于译者对翻译文本的理解,当然也会因译者的不同而不同。

  

图1 强风化炭质页岩边坡

2 灰色关联分析法

2) 将试样编号分别为1-1和1-2,1-1为60 ℃恒温烘干试件,1-2为模拟日照试件.

X0=(x0(1),x0(2),……,x0(n))为系统特征序列,对于ξ∈(0,1),灰色关联系数γ0i(k)为

三个月后,我去山下的公判大会看热闹,刚听人喊完“……判处死刑,立即执行”,就看到正跪在几名犯人中间的那个女子突然挣脱押解人员的手站了起来,仰着脸大呼大叫:“你们不能枪毙我,你们不能枪毙我!我肚子里有孩子!”

 

(1)

其中, 最大差最小差差序列分辨系数ξ=0.5.

试件经过1周的干湿循环后,其颗粒级配大致不再变化时,崩解已经完成.试件1-1和1-2颗粒级配变化曲线如图2~3所示.

 

(2)

3 强风化炭质页岩的崩解性试验

取炭质页岩试样(每一个工点取2组,共4组)进行备样,岩样以松散碎块状为主,直径小于2 cm.实验仪器:岩样化学元素分析采用日本岛津XRF-1800扫描型X射线荧光光谱仪,岩样粘土矿物分析采用多晶X射线粉晶衍射仪;炭质页岩化学成分如表1、主要矿物成分比例如表2所示.

 

表1 强风化炭质页岩的主要化学成分含量 %

  

工点样号主要化学成分质量分数SiO2Al2O3Fe2O3CaOK2OMgOH2O11⁃159.4512.175.473.321.940.691.661⁃258.7613.155.312.431.871.101.7822⁃157.5915.615.702.762.251.201.522⁃260.0513.965.244.712.741.270.80

 

表2 强风化炭质页岩的主要矿物成分含量 %

  

工点样号主要矿物质量分数高岭石蒙脱石伊利石粘土矿物总质量分数岩屑质量分数11⁃127.6511.534.3343.5110.821⁃230.5413.133.6347.309.6522⁃126.719.893.8740.4712.982⁃229.7611.693.5945.0410.11

崩解试验目的是为了得到炭质页岩在崩解破碎过程中颗粒级配变化与分布特征,试验方法分为室内恒温烘干崩解与模拟日照自然崩解.具体试验步骤如下:

1) 材料选取:现场在工点1随机取炭质页岩试样2份,最小粒径取100 mm以上,质量均约为1 kg,其形状大小基本一致.

炭质页岩的物理化学性质、粘土矿物成分测试需进行大量的试验,但是,试验结果数量非常有限,因此,本文基于灰色关联度分析法来研究各因素对强风化炭质页岩崩解性的影响.灰色关联分析对样本数量的多少,样本有无规律都适用,计算量相对小,不会出现定性与定量不符的情况.灰色关联分析的核心是确定参考序列后,利用曲线的相似程度来说明多个对象的关系与参考序列比较是否紧密,假如两者曲线非常接近、相似,说明两者之间的关联度很大,即相关性越好,与已知原始数据序列曲线越接近越能够真实反映原始数据序列.其基本方法如下[4-6]

工点1中试件1-1的最终崩解产物中小于2 mm成分比例为23.67%,试件1-2的最终崩解产物中小于2 mm成分比例为39.10%,通过式(4)计算得到试件1-1、1-2、2-1、2-2的耐崩解性指标SI值分别为60.90、55.78 、61.76、57.84.

2.选择容易消化的食品,避免过饱情况,以少量多餐方式满足机体的需要。孕妇不妨从一天吃三餐的习惯改至一天吃六至八餐,每餐份量减少的方式来进食。注意每一餐不要进食太多种类的食物,也不宜吃过于流质的食物,因为流质并不一定好消化。反之孕妇可选半固体食物如麦皮进食。

将关联性系数取平均值可得到关联度

  

图2 试件1-1颗粒级配曲线

  

图3 试件1-2颗粒级配曲线

本文取耐崩解性指标SI作为参考序列X0=(60.90,55.78,61.76,57.84),各粘土矿物成分含量及化学成分含量作为参考序列得各相关因素数据序列见表3.

4 炭质页岩崩解特性的灰关联分析

炭质页岩的崩解特性可引入耐崩解性指标SI(slake index)[7]表示.

 

(4)

式中,M(r>2 mm)表示崩解后崩解物颗粒大于2 mm质量;MT表示崩解物的总质量.

3) 将试件1-1和1-2置于露天条件下用一定量气压喷水壶均匀地对其进行洒水浸湿,待试件已全部浸湿后停止洒水,然后使试件在露天条件下自然崩解,进行若干次干湿循环后(每次循环1 d),观察并记录其崩解现象.

4) 取直径为50、40、25、20、10、5、2、0.5、0.25、0.075 mm标准筛对崩解物进行颗粒筛分试验,记录其级配分布情况,并与上一次进行对比,当连续两次筛分试验颗粒级配变化范围较小(即各尺寸筛孔筛余质量不再变化)时,说明试样崩解基本完成,此时试验可停止.

2种不同环境条件下,炭质页岩试件经过7天干湿循环后,从图2可以得出,1-1试件炭质页岩颗粒级配变化量不大,表明恒温烘干崩解在第一次干湿循环中已经基本崩解完毕.从图3可以看出,在前5次筛分过程中颗粒级配变化范围较大,说明前五次干湿循环岩样仍在崩解,第6、7次筛分颗粒级配变化已经趋于稳定,说明第6次干湿循环以后已经崩解完成.因此,可以看出岩样在两种不同条件下遇水崩解,说明其崩解速度与崩解前干湿状态有一定相关性,工点1中试件1-1的最终崩解产物中小于2 mm成分比例为23.67%,试件1-2的最终崩解产物中小于2 mm成分比例为39.10%,说明试件1-2比试件1-1崩解更彻底;通过对炭质页岩崩解过程中及崩解完成后岩体进行观察发现,其崩解破坏过程主要包括两个方面,一是岩体裂隙持续扩展,炭质页岩中粘土矿物吸水后软化,其粘结力变弱,细小裂隙直径逐渐增大;二是岩体裂隙全部贯通,炭质页岩中细小裂隙直径逐渐增大到连续贯通,最终发生大块崩解.水从微裂缝通道进入,被内部亲水性物质吸收膨胀,进而在岩体内部产生不均匀膨胀和不均匀应力,是导致炭质页岩崩解破坏的根本原因.

1.1 研究对象 选择2017年3月-2017年10月于南昌大学附属口腔医院就诊,主诉为要求修复上前牙美观并行单个上前牙全瓷贴面修复的患者46例,最小年龄19岁,最大年龄56岁,平均42岁。其中,利用数字化方法制作的全瓷贴面修复22颗;利用传统方法制作的全瓷贴面修复24颗。根据全瓷贴面的适应证[3]建立纳入标准:⑴患牙唇舌向无错位;⑵牙髓活力正常;⑶前牙浅覆牙合,浅覆盖,咬合关系基本正常;⑷患牙牙周情况良好,无明显松动。排除标准:⑴前牙深覆牙合,深覆盖;⑵死髓牙,重度变色牙;⑶牙周情况不佳且未经治疗;⑷夜磨牙或无法按时复诊的患者。

对各数据序列进行初值化处理,再计算差序列,得到两级最大差和最小差;依据式(1)(2),对各数据序列计算关联系数及关联度,结果如表4所示.

 

表3 各相关因素数据序列

  

因素1⁃11⁃22⁃12⁃2X0(SI)60.9055.7861.7657.84X1(SiO2)59.4558.7657.5960.05X2(Al2O3)12.1713.1515.6113.96X3(Fe2O3)5.475.315.705.24X4(CaO)3.322.432.764.71X5(K2O)1.941.872.252.74X6(MgO)0.691.101.201.27X7(H2O)1.661.781.520.80X8(粘土矿物)43.5147.3040.4745.04X9(高岭石)27.6530.5426.7129.76X10(蒙脱石)11.5313.139.8911.69X11(伊利石)4.333.633.873.59

 

表4 关联系数及关联度计算结果

  

因素r0i(1)r0i(2)r0i(3)r0i(4)关联度X1(SiO2)1.00000.86010.90750.63110.8497X2(Al2O3)1.00000.73020.62390.69300.7618X3(Fe2O3)1.00000.89040.94100.69200.8809X4(CaO)1.00000.70770.70900.48710.7260X5(K2O)1.00000.90270.75350.49050.7867X6(MgO)1.00000.39640.38060.33330.5276X7(H2O)1.00000.74020.81900.48770.7617X8(粘土矿物)1.00000.86220.84130.60950.8524X9(高岭石)1.00000.70250.90250.77870.8459X10(蒙脱石)1.00000.66650.74020.87420.8202X11(伊利石)1.00000.85160.78730.89790.8842

由表4可知,基于灰关联炭质页岩崩解性影响因素排序为:X11(伊利石)>X3(Fe2O3)>X8(粘土矿物总质量分数)>X1(SiO2)>X9(高岭石)>X10(蒙脱石)>X5(K2O)>X2(Al2O3)>X7(H2O)>X4(CaO)>X6(MgO).从上述排序结果可知影响炭质页岩崩解特性的相关因素分析如下:在粘土矿物中,炭质页岩崩解性影响最大的是伊利石质量分数,高岭石次之,蒙脱石最小,而粘土矿物总质量分数介于伊利石和高岭石之间,这一结果与已知粘土矿物的特性是吻合的.因此,当蒙脱石质量分数较少的情况下,伊利石的遇水崩解性能较高岭石更不稳定,所以,伊利石对炭质页岩崩解性的影响程度最大.然而粘土矿物总质量分数中因为包含了更稳定的高岭石质量分数,其影响介于伊利石质量分数与高岭石质量分数之间.在化学成分中,炭质页岩崩解性影响最大的是Fe2O3质量分数,对炭质页岩物理化学成分分析中应注意对Fe2O3含量进行测试.

在工程上,为了防止炭质页岩的岩崩,可采取化学改良措施,抑制伊利石的雨水膨胀,同时针对这种边坡的加固和安全设计,应该注重炭质页岩的工程特性及防排水结构设计合理性.

从指标体系运行方式来讲,指标预警是全过程即时监控与评价,指标评价是阶段性的“打分项目”。课堂教学质量预警指标更多聚焦过程性数据,而评价指标更多关注的是阶段性结果。比如,在评价课堂教学效果时,往往是通过师生打分学生是否注意集中、学生是否积极参与、互动反馈是否有效等项目来实现。而在设计课堂教学质量预警指标时,不仅仅需要考虑上述“打分项目”,更多还要考虑课堂数据之间的关联性,比如结合课堂教学设计设定参考阀值,监测课堂教学过程中学生参与程度与内容设计、知识点模块、讲授技巧等教师授课要素的关联度。此类预警结果可作为教师之后改进课堂教学方式、优化课程标准的重要参考。

5 结语

对强风化炭质页岩进行2种不同条件下的室内崩解试验,得出崩解速度与崩解前干湿状态存在一定相关性,对崩解过程中及崩解完成后岩体观察发现,崩解破坏过程主要包括两个阶段,一是岩体裂隙持续扩展;二是岩体裂隙全部贯通.通过灰色关联法找到影响炭质页岩崩解性的主要因素,得出伊利石是最不稳定粘土矿物成分.

参考文献

[1] 罗根传,付宏渊,贺炜,等. 预崩解处理后炭质页岩路用性能试验研究[J]. 中外公路,2012(1):34-37.

[2] 罗根传,付宏渊,贺炜. 炭质页岩崩解特性的试验研究[J]. 中外公路,2012(3):309-311.

[3] 苏永华,赵明华,刘晓明. 软岩膨胀崩解试验及分形机理[J]. 岩土力学,2005(5):728-732.

[4] 郭建博. 三种灰色关联度分析法比较研究[J]. 科技信息:学术研究,2008(1):4-6.

[5] 刘思峰. 灰色系统理论持续发展的奥秘[G]//中国高等科学技术中心. 2006年灰色系统理论及其应用学术会议论文集. 北京:中国高等科学技术中心,2006:100-102.

[6] 韩大千. 中条山特长隧道涌水计算分析及对策措施[J]. 山西交通科技,2001,5(4):27-30.

[7] 刘晓明,赵明华,苏永华,等.红层软岩崩解性的灰色关联分析[J]. 湖南大学学报:自然科学版,2006(8):16-18.

 
张宗战
《兰州工业学院学报》2018年第02期文献

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