岩石膨胀性试验

一、岩石膨胀性的概念与试验目的

岩石膨胀性是指岩石在吸收水分或受到其他外界因素（如化学作用）影响后，体积发生膨胀的特性。

这种特性主要与岩石中黏土矿物（如蒙脱石、伊利石、高岭石）的含量及结构有关 —— 黏土矿物遇水后层间结构扩张，导致岩石体积增大。

试验目的：通过测定岩石的膨胀性能指标，评估其在工程环境中（如地基、边坡、隧道）因膨胀可能引发的危害（如地基隆起、边坡滑移、支护结构破坏），为工程设计和施工提供参数依据（如选择地基处理方式、确定支护强度）。

二、岩石膨胀性试验的核心方法与步骤

（1）自由膨胀率试验

原理：测定岩石粉末在水中无约束条件下的体积膨胀量，反映岩石的潜在膨胀能力。

操作要点：

将岩石研磨成粒径小于 0.5mm 的粉末，烘干后称取一定质量（如 100g）。

将粉末倒入盛水的量筒中，搅拌排除气泡，记录不同时间（如 1h、24h）的体积读数。

指标计算：自由膨胀率 =（膨胀后体积 - 原始体积）/ 原始体积 ×100%（虽避免公式，但需说明含义）。

（2）侧向约束膨胀率试验

原理：模拟岩石在工程中受侧向约束时的膨胀特性，测定轴向膨胀量。

操作要点：

将岩石制成圆柱形试件，放入刚性套筒中（限制侧向变形），顶部施加轻微压力（模拟上覆荷载）。

向试件缓慢注水，通过位移传感器记录轴向膨胀位移随时间的变化。

关键指标：轴向膨胀率、膨胀稳定时间，反映岩石在约束条件下的膨胀量及速率。

（3）膨胀力试验

原理：测定岩石膨胀时产生的最大推力，用于评估膨胀对结构的作用力。

操作要点：

试件置于刚性容器中，顶部连接压力传感器，通过注水使岩石膨胀。

实时记录膨胀过程中压力的变化，直至压力稳定，此时的压力即为膨胀力。

工程意义：膨胀力是设计地基反力、支护结构荷载的重要依据。

三、影响试验结果的关键因素

岩石矿物组成：蒙脱石含量高的岩石膨胀性最强，伊利石次之，高岭石较弱。

含水率与吸水条件：加水速度、水量及环境湿度会影响膨胀速率和最终膨胀量（如快速浸水可能导致膨胀力骤增）。

试件制备：粒径大小、试件密度（如粉末状与块状试件结果差异显著）及均匀性。

试验环境：温度变化会影响水分子活动，进而改变膨胀过程。

四、工程应用与注意事项

应用场景：

在膨胀性岩层地区修建地基时，需根据膨胀力设计基础埋深或采用抗膨胀措施（如换填非膨胀性土、设置排水系统）。

隧道穿越膨胀性岩层时，需加强支护结构的刚度，防止因膨胀压力导致衬砌开裂。

注意事项：

试验需严格遵循相关标准（如《工程岩体试验方法标准》GB/T 50266），确保数据可比性。

对于现场岩体，需结合室内试验与原位测试（如膨胀性原位监测），综合评估膨胀风险。

五、总结

岩石膨胀性试验通过量化岩石的膨胀特性，为工程抗膨胀设计提供关键数据。

其核心是模拟岩石在实际环境中的吸水条件，测定膨胀率、膨胀力等指标，从而规避因膨胀引发的工程灾害。

试验时需兼顾矿物特性、试验条件等因素，确保结果能准确指导工程实践。