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摘要
在原位状态下，黏土岩呈现饱和状态，而在实际实验室研究中，由于钻孔取芯、运输、储存和加工等因素的影响，黏土岩已经失水并呈现非饱和状态。因此，在试验测试前将黏土岩尽量恢复至原位饱和状态是进一步试验测试的重要前提。本文以黏土岩为研究对象，通过无外力作用的黏土岩饱水试验及原位应力下的饱和试验，重点研究饱和过程中黏土岩的变形规律及水化膨胀特性。试验研究表明：无外力作用下，含中心圆孔黏土岩由于饱水过程中黏土矿物的水化膨胀、崩解、混和堆积逐步充填原有的孔洞；在原位应力作用下，水溶液作用仍使黏土岩内部黏土矿物快速水化膨胀，宏观上表现为试样体积迅速膨胀的同时孔隙度显著增大，且膨胀变形量与试样初始饱和度呈现负相关；在试验研究基础上，基于Comsol Multiphysics多场耦合有限元软件中的流体流动模块，建立黏土岩渗流–应力耦合数学模型，进行原位应力下黏土岩饱和过程的数值仿真，重点分析饱和过程中黏土岩试样内部孔隙水压力及饱和度随时间的演化规律；探讨饱和过程中黏土岩的孔压系数B值，并进一步分析加载步骤对黏土岩饱和过程的影响。研究结果将对黏土岩等岩石物理力学特性的相关研究提供试验指导及理论依据。
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单位中国科学院武汉岩土力学研究所; 岩土力学与工程国家重点实验室; 陕西省交通规划设计研究院
