应力-化学-温度耦合作用下岩溶区红粘土的崩解机制

Red clay is a kind of special soil which is widely distributed in karst region. The red clay is easily disintegrated under the action of water for its unique structure and composition. The disintegration of red clay is one of the important reasons of karst collapse. Although the research results of structure, composition, physical and mechanical properties for red clay are systematic, but the development law and mechanisms of red clay disintegration are still not very clear. In this project, the key influencing factors of disintegration of the red clay will be identified based on disintegration tests. The disintegration model test will be carried out by the self-designed test device. The coupling effects of ion diffusion, heat conduction, chemical reaction, stress and other factors Will be Considered in the geotechnical medium of　karst　environment. Under the action of the underground water in different environment conditions, the collapse process and development law of red clay disintegration will be studied based on a variety of test methods. The repulsive force and gravity between soil particles will be described quantitatively in complex environmental conditions. The shear strength criterion for soil particle disintegration will be set up. The model of red clay disintegration which can be describe under the coupling action of chemical, stress and temperature will be established. The calibration and verification for theoretical model is also carried out. This study can provide the scientific theory and basis for evaluating karst foundation stability and preventing karst geological disaster.

红粘土是岩溶地区广泛分布的一类特殊性土，由于其独特的结构与成分导致红粘土遇水极易发生崩解，而崩解作用是引发岩溶塌陷的重要原因之一。尽管红粘土的结构、成分、物理力学性质已有较为系统的研究成果，但对其崩解作用的发生、发展规律及机制仍然不是十分清晰。本课题通过崩解实验，识别红粘土崩解性的关键影响因素；然后利用自行设计的试验装置，进行室内崩解模型试验，考虑岩溶环境的岩土介质中离子扩散、热传导、化学反应、应力等多因素耦合作用对土体崩解的影响，利用多种测试手段方法，研究在不同环境条件的地下水作用下，红粘土崩解过程的发生、发展规律。定量描述土体在各种复杂环境条件下土颗粒之间斥力和引力，提出适用于土颗粒崩解剪切破坏强度准则，建立能够描述“应力－化学－温度”等耦合作用下红粘土崩解模型，并对所建立的理论模型进行校正及验证。为岩溶地基稳定性评价和岩溶地质灾害预防，提供科学的理论和依据。

红粘土是岩溶地区广泛分布的一类特殊性土，由于其独特的结构与成分导致红粘土遇水极易发生崩解，而崩解作用是引发岩溶塌陷的重要原因之一。目前对其崩解作用的发生、发展规律及机制仍然不是很清晰。本课题通过崩解实验，发现红粘土崩解性的关键影响因素；利用自行设计的试验装置，进行了室内崩解模型试验，考虑岩溶环境的岩土介质中离子扩散、热传导、化学反应、应力等多因素耦合作用对土体崩解的影响，利用多种测试手段方法，研究在不同环境条件的地下水作用下，红粘土崩解过程的发生、发展规律。研究成果为岩溶地质灾害预防，提供科学的理论和依据。.（1）较系统地研究了红粘土在不同化学溶液、温度、初始含水率、压实度、干湿循环、侧限等不同条件下的崩解特性，揭示了其崩解作用规律及机理，发现红粘土崩解过程中的衰减途径主要有扰动破坏、矿物腐蚀、孔隙软化、基质吸力减小；而其剪应力增大的途径主要有孔隙中封闭气泡压力增大、渗透吸力增大、土体不均匀膨胀、温度应力等，红粘土崩解的本质为剪应力增大和土体的抗剪强度降低； .（2）在含水率较低，击实度较小的条件下，红粘土的崩解现象明显，崩解速率快。红粘土在酸溶液与雨水水质的条件下，崩解速率较快。红粘土在碱溶液的条件下，崩解速率较慢，有一定的抑制崩解作用。.（3）红粘土中的化学成分以Al2O3、Fe2O3为主，并与酸溶液和雨水水质发生化学反应，崩解性增强。相反在碱溶液中会使其颗粒吸附力增强，崩解性降低。.（4）基于能量耗散理论，提出了土粒间结合强度的概念及计算公式，利用极值定律，建立了土体崩解强度模型；根据渗透速度方程及土体强度的衰减速度，构建了土体崩解率模型，进而提出了土体崩解完成时间计算模型； .（5）根据土体渗透与崩解试验结果，拟合其强度衰减参数；基于抗剪强度、渗透性、崩解性等试验，结合提出的相关崩解模型，计算了不同条件下土样崩解过程中的强度、崩解率及崩解完成时间。