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川中红层软岩在干湿循环下的崩解特性与微观机理：多维度解析与工程启示

一、引言

1.1研究背景与意义

随着我国基础设施建设的大力推进，各类工程不断涌现，对建筑材料的需求日益增长。川中地区作为我国重要的地理区域，拥有丰富的红层软岩资源。红层软岩因其分布广泛、易于开采等特点，在道路工程、边坡工程、地下工程等领域得到了广泛应用。在道路工程中，红层软岩常被用作路基填料；在边坡工程中，它是边坡岩体的重要组成部分；在地下工程中，红层软岩作为洞室围岩也较为常见。

然而，川中地区气候条件复杂，降雨充沛且干湿交替频繁。在这种环境下，红层软岩不可避免地会受到干湿循环的影响。干湿循环过程中，红层软岩经历吸水膨胀和失水收缩的反复作用，导致其物理力学性质发生显著变化，进而引发一系列工程问题。在道路工程中，红层软岩路基在干湿循环作用下，容易出现强度降低、变形增大的情况，导致路面出现裂缝、沉降等病害，严重影响道路的使用寿命和行车安全。在边坡工程中，干湿循环会使红层软岩边坡的稳定性降低，增加滑坡、崩塌等地质灾害的发生风险，对周边的建筑物和人员安全构成威胁。在地下工程中，红层软岩洞室围岩在干湿循环作用下，可能出现剥落、掉块等现象，影响洞室的正常使用和运营安全。

研究干湿循环条件下川中红层软岩的崩解特性与微观机理，对于保障工程建设的安全和稳定具有重要意义。通过深入了解红层软岩在干湿循环作用下的崩解规律，可以为工程设计提供更准确的参数，优化工程设计方案，提高工程的可靠性。掌握红层软岩的微观崩解机理，有助于研发有效的防护和加固措施，降低工程病害的发生概率，减少工程维护成本，提高工程的经济效益和社会效益。

1.2国内外研究现状

国内外众多学者针对红层软岩的崩解特性与微观机理开展了大量研究工作。在崩解特性方面，赵明华等通过室内外崩解试验，运用分形理论剖析红砂岩崩解机理，指出红砂岩吸水膨胀崩解过程呈现多重分形特征，可将稳定分数维作为膨胀崩解的定量指标，为红砂岩崩解特性的量化研究提供了新的思路。刘晓明借助灰色关联理论，探究了Fe?O?对红层软岩崩解性的影响，发现氧化铁胶体和游离非晶质氧化铁与黏土矿物相互作用，能够提升红层软岩的耐崩解性，从矿物成分相互作用的角度揭示了影响崩解性的因素。孔震宁以湖南省某高速公路典型红砂岩为研究对象，采用加水、烘干模拟干湿循环过程，研究发现干湿循环作用下红砂岩逐渐软化崩解，路基工作性能衰退劣化，严重影响高速公路正常使用，明确了干湿循环对红砂岩工程特性的负面影响。

在微观机理研究领域，刘长武认为崩解是黏土矿物水化破坏泥岩内部结构的结果，是泥岩内部微观结构和微孔隙的宏观体现，从微观结构变化的角度解释了崩解现象。有学者利用XRD、电子能谱仪、比表面孔径分析仪和全自动程序升温化学吸附仪等设备，检测红砂岩崩解前后矿物组成、化学成分以及比表面积、表面酸碱度的变化，并通过场发射扫描电镜与高分辨透射电镜从微观层面观察颗粒形貌和结构的演变，从微观角度分析了红砂岩崩解的原因，为深入理解崩解微观机理提供了丰富的实验数据。

尽管已有研究取得了一定成果，但仍存在不足之处。现有研究多集中于特定地区的红层软岩，对于川中地区红层软岩在干湿循环条件下的崩解特性与微观机理研究相对较少，且缺乏系统性和针对性。不同研究中采用的试验方法和评价指标存在差异，导致研究结果之间缺乏可比性，难以形成统一的理论体系。在微观机理研究方面，虽然对矿物成分和微观结构的变化有了一定认识，但对于干湿循环过程中水分迁移、化学反应等因素对崩解的综合影响机制尚不完全清楚。本文将针对这些不足，以川中红层软岩为研究对象，系统研究其在干湿循环条件下的崩解特性与微观机理。

1.3研究内容与方法

本文主要研究内容包括：对川中红层软岩进行基本物理性质测试，如密度、吸水率、孔隙率等，了解其基本特性；开展干湿循环试验，模拟川中地区实际气候条件，研究不同干湿循环次数下红层软岩的崩解特性，包括崩解率、崩解速度、崩解形态等的变化规律；采用先进的微观测试技术，如扫描电子显微镜（SEM）、压汞仪（MIP）、X射线衍射仪（XRD）等，分析干湿循环前后红层软岩微观结构、孔隙特征、矿物成分等的变化，揭示其微观崩解机理；建立红层软岩崩解的微观力学模型，结合试验结果，从理论上深入探讨干湿循环条件下红层软岩的崩解机制。

在研究方法上，首先进行现场调研与样品采集，在川中地区选取具有代表性的红层软岩出露区域，采集岩样，并详细记录采样点的地质条件、气候环境等信息。通过室内物理性质试验，利用常规的岩石物理测试设备，测定红层软岩的基本物理参数。开展干湿循环试验，按照一定的干湿循环制度，对红层软岩样品进行处理，观察并记录崩解过程和结果。运用微观测试分析方法，借助SEM、MIP、XRD等微观测试仪器，对崩解前后的红层软岩样品进行微观结构和成