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[摘要]：炭质页岩作为常见的软岩隧道弃渣，用于路基填料既可以保护环境也可以节约工程造价。针对炭质页岩的浸水特性进行研究，通过其物质组成、单轴抗压强度、干湿循环和耐崩解性方面进行分析，得出炭质页岩在浸水条件下的软化和崩解特性变化。
[关键词]：炭质页岩 浸水 物质组成 抗压强度 崩解性
1、引言
炭质页岩是一种含大量分散的炭化有机质的灰黑色页岩，由软弱灰岩、砂岩、泥岩和页岩互层等沉积类岩石构成。炭质页岩作为一种常见的软岩，在我国的广西、贵州、甘肃等地广泛分布。由于各个地区的分布、成分和性质均不一样，且组分与结构复杂，在大气环境或干湿循环作用下，岩块易崩解成土泥化，强度降低较大，工程性质较差。目前，国内外针对炭质页岩的试验研究少有报道，因此，笔者通过对炭质页岩的物质组成、无侧限抗压强度、和干湿循环特性进行分析，探讨了炭质页岩的浸水特性，试验试样取自甘肃成武高速公路武都西隧道内。
2、炭质页岩的物质组成
炭质页岩由于含碳而呈黑色或灰黑色，炭质页岩的工程特性与其物质组成有很大关系，通过对武都西隧道的4处炭质页岩进行化学组成分析试验，可得SiO2含量最高为59%～67%，其次是Al2O3、Fe2O3和CaO的含量较少，烧失量为约12%。由化学成分可以得出其矿物成分含量最高的是石英，黏土矿物的高岭石和蒙脱石含量较高，伊利石含量较少，这说明该地区的炭质页岩具有一定的亲水性，且具有较强的膨胀性，其水稳性及耐久性均较差。
3、抗压强度
试验对武都西隧道的ZK86+880、YK86+780、ZK86+680、YK86+580共4处的试样编号分别为1#、2#、3#和4#，每处分别制作5个试样，分别进行天然状态、饱和状态、干湿循环1次、干湿循环3次和干湿循环5次的无侧限单轴抗压强度，试验仪器为YAW—300微机控制恒加荷速率压力试验机，试件尺寸为70mm×70mm×70mm的立方体试样。
3.1无侧限抗压强度
为了评价炭质页岩在天然状态和饱和状态下的强度变化，进行了相应的无侧限抗压强度试验。天然状态下的试样为直接取自隧道开挖时的岩体上，试验前用黑色塑料袋密封；饱和状态的试样为将取下的试样放在水中浸泡一昼夜处理。在试验前切割成立方体试样，然后在试验机上加载试验并读取峰值荷载，试验结果如下表1所示。
由试验结果可知，1#～4#试样的无侧限抗压强度值比较接近，表明试验所取小区域内炭质页岩的强度差异性较小；天然状态下的抗压强度平均值为12.713MPa，相比较饱和状态的抗压强度值10.335MPa要大，表明炭质页岩在浸水后强度值有所减小，减小量为18.7%。
3.2干湿循环后的抗压强度
为了研究炭质页岩在干湿循环条件下的抗压强度变化，分别进行了1次、3次和5次干湿循环试验，对试验后的试件进行了无侧限抗压强度试验。试验1次干湿循环为将取来的试样切割成略大于试件的岩块，放入盛满清水的水桶中浸泡一昼夜后，在室外晾干一昼夜，3次和5次干湿循环为按以上过程重复3次和5次。试验结果如下表2所示。干湿循环1次和3次后的无侧限抗压强度值分别为9.214MPa和4.612MPa， 5次干湿循环试验的抗压强度试验无数值，是因为在进行完5次干湿循环后试样已经完全呈叶片状崩解，无法进行单轴抗压强度试验。
由试验结果可知，1次干湿循环后的强度为9.214MPa与饱和状态下的强度值10.335MPa略有减小；随着干湿循环次数的增加，炭质页岩的抗压强度值出现迅速的减小。主要原因为炭质页岩为叶片状构造，遇水浸泡后会软化和膨胀，再经过晾干过程后，炭质页岩会产生干缩，出现明显的节理裂隙，在3次干湿循环后节理裂隙增多，5次干湿循环后试样基本已经呈页片状和泥状。试验表明，炭质页岩在干湿循环条件下
4、崩解性
为了研究炭质页岩的耐崩解性和在水中崩解的速率，并借以鉴别岩石胶结程度，进行了炭质页岩的耐崩解性试验。试验方法为1#～4#试样分别取200g左右，在敲去尖锐棱角和刷干净表面后，放在烘箱中烘干至恒重后放入清水的烧杯中浸润一昼夜，再烘干一昼夜，如此重复以上过程5次。试验结果如下表3所示。
从试验结果看出，炭质页岩呈碎岩叶片状，经过5次循环后沿片层间的微裂隙、节理处开裂，为一种机械性的破坏，而其饱和含水率与天然含水率变化不大，为弱—中等胶结，胶结性能较差。1#～4#试样的耐崩解性指数相差不大，表明该区域内的炭质页岩胶结物及胶结程度基本一样，风化程度及矿物成分也相差不大。
5结论
通过一系列室内试验，可以得出以下初步结论：
（1）炭质页岩所含的高岭石等黏土矿物的工程性质相对较好，并且风化前后及其含量基本没有变化，而其含有一定量的蒙脱石与伊利石等黏土矿物，则工程性质较差，可知其水稳性和耐久性较差，遇水有较大的软化和膨胀特性。
（2）在饱和状态下抗压强度与天然状态下的炭质页岩强度减少18.7%，表明炭质页岩软化特性比较明显；在干湿循环条件下，炭质页岩抗压强度减小更为明显，表明炭质页岩其极易风化，耐崩解性较差。
（3）耐崩解性试验结果表明，炭质页岩的耐崩解性较差，耐久性等级低，胶结性较差。在烘干和浸水循环作用下，炭质页岩极易在微裂隙、节理处开裂、崩解为叶片状。
参考文献：
[1] 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（6），32（3）.
[2] 王冬梅.基于声发射技术的炭质页岩破坏过程试验研究[J].人民长江，2012（12），43（23）.
[3] 李渊杰，李粮纲，余雷.石英二长岩全风化物路基填料的可行性室内试验研究[J].铁道建筑，2010，5.
[关键词]：炭质页岩 浸水 物质组成 抗压强度 崩解性
1、引言
炭质页岩是一种含大量分散的炭化有机质的灰黑色页岩，由软弱灰岩、砂岩、泥岩和页岩互层等沉积类岩石构成。炭质页岩作为一种常见的软岩，在我国的广西、贵州、甘肃等地广泛分布。由于各个地区的分布、成分和性质均不一样，且组分与结构复杂，在大气环境或干湿循环作用下，岩块易崩解成土泥化，强度降低较大，工程性质较差。目前，国内外针对炭质页岩的试验研究少有报道，因此，笔者通过对炭质页岩的物质组成、无侧限抗压强度、和干湿循环特性进行分析，探讨了炭质页岩的浸水特性，试验试样取自甘肃成武高速公路武都西隧道内。
2、炭质页岩的物质组成
炭质页岩由于含碳而呈黑色或灰黑色，炭质页岩的工程特性与其物质组成有很大关系，通过对武都西隧道的4处炭质页岩进行化学组成分析试验，可得SiO2含量最高为59%～67%，其次是Al2O3、Fe2O3和CaO的含量较少，烧失量为约12%。由化学成分可以得出其矿物成分含量最高的是石英，黏土矿物的高岭石和蒙脱石含量较高，伊利石含量较少，这说明该地区的炭质页岩具有一定的亲水性，且具有较强的膨胀性，其水稳性及耐久性均较差。
3、抗压强度
试验对武都西隧道的ZK86+880、YK86+780、ZK86+680、YK86+580共4处的试样编号分别为1#、2#、3#和4#，每处分别制作5个试样，分别进行天然状态、饱和状态、干湿循环1次、干湿循环3次和干湿循环5次的无侧限单轴抗压强度，试验仪器为YAW—300微机控制恒加荷速率压力试验机，试件尺寸为70mm×70mm×70mm的立方体试样。
3.1无侧限抗压强度
为了评价炭质页岩在天然状态和饱和状态下的强度变化，进行了相应的无侧限抗压强度试验。天然状态下的试样为直接取自隧道开挖时的岩体上，试验前用黑色塑料袋密封；饱和状态的试样为将取下的试样放在水中浸泡一昼夜处理。在试验前切割成立方体试样，然后在试验机上加载试验并读取峰值荷载，试验结果如下表1所示。
由试验结果可知，1#～4#试样的无侧限抗压强度值比较接近，表明试验所取小区域内炭质页岩的强度差异性较小；天然状态下的抗压强度平均值为12.713MPa，相比较饱和状态的抗压强度值10.335MPa要大，表明炭质页岩在浸水后强度值有所减小，减小量为18.7%。
3.2干湿循环后的抗压强度
为了研究炭质页岩在干湿循环条件下的抗压强度变化，分别进行了1次、3次和5次干湿循环试验，对试验后的试件进行了无侧限抗压强度试验。试验1次干湿循环为将取来的试样切割成略大于试件的岩块，放入盛满清水的水桶中浸泡一昼夜后，在室外晾干一昼夜，3次和5次干湿循环为按以上过程重复3次和5次。试验结果如下表2所示。干湿循环1次和3次后的无侧限抗压强度值分别为9.214MPa和4.612MPa， 5次干湿循环试验的抗压强度试验无数值，是因为在进行完5次干湿循环后试样已经完全呈叶片状崩解，无法进行单轴抗压强度试验。
由试验结果可知，1次干湿循环后的强度为9.214MPa与饱和状态下的强度值10.335MPa略有减小；随着干湿循环次数的增加，炭质页岩的抗压强度值出现迅速的减小。主要原因为炭质页岩为叶片状构造，遇水浸泡后会软化和膨胀，再经过晾干过程后，炭质页岩会产生干缩，出现明显的节理裂隙，在3次干湿循环后节理裂隙增多，5次干湿循环后试样基本已经呈页片状和泥状。试验表明，炭质页岩在干湿循环条件下
4、崩解性
为了研究炭质页岩的耐崩解性和在水中崩解的速率，并借以鉴别岩石胶结程度，进行了炭质页岩的耐崩解性试验。试验方法为1#～4#试样分别取200g左右，在敲去尖锐棱角和刷干净表面后，放在烘箱中烘干至恒重后放入清水的烧杯中浸润一昼夜，再烘干一昼夜，如此重复以上过程5次。试验结果如下表3所示。
从试验结果看出，炭质页岩呈碎岩叶片状，经过5次循环后沿片层间的微裂隙、节理处开裂，为一种机械性的破坏，而其饱和含水率与天然含水率变化不大，为弱—中等胶结，胶结性能较差。1#～4#试样的耐崩解性指数相差不大，表明该区域内的炭质页岩胶结物及胶结程度基本一样，风化程度及矿物成分也相差不大。
5结论
通过一系列室内试验，可以得出以下初步结论：
（1）炭质页岩所含的高岭石等黏土矿物的工程性质相对较好，并且风化前后及其含量基本没有变化，而其含有一定量的蒙脱石与伊利石等黏土矿物，则工程性质较差，可知其水稳性和耐久性较差，遇水有较大的软化和膨胀特性。
（2）在饱和状态下抗压强度与天然状态下的炭质页岩强度减少18.7%，表明炭质页岩软化特性比较明显；在干湿循环条件下，炭质页岩抗压强度减小更为明显，表明炭质页岩其极易风化，耐崩解性较差。
（3）耐崩解性试验结果表明，炭质页岩的耐崩解性较差，耐久性等级低，胶结性较差。在烘干和浸水循环作用下，炭质页岩极易在微裂隙、节理处开裂、崩解为叶片状。
参考文献：
[1] 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（6），32（3）.
[2] 王冬梅.基于声发射技术的炭质页岩破坏过程试验研究[J].人民长江，2012（12），43（23）.
[3] 李渊杰，李粮纲，余雷.石英二长岩全风化物路基填料的可行性室内试验研究[J].铁道建筑，2010，5.