软岩饱水试验与软化临界现象研究

本文所探讨的核心内容是华南地区红层软岩在遇水软化过程中的物理、化学作用对其结构、成分和物理力学性质的影响。研究选择了粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等典型软岩作为研究对象，设计了软岩与水相互作用的饱水试验，通过一系列的实验，探索了软岩饱水软化过程中的微观结构变化和物理力学性质的变化规律。 关键词“软岩”指的是那些在干燥状态下相对较硬，遇水后快速膨胀、崩解、软化从而力学性能显著降低的岩体。这种软化现象是华南地区工程面临的重要安全问题。而“饱水试验”是指通过将软岩样本在水中浸泡，模拟自然环境下软岩受到水的作用，进而分析其物理和力学性质的变化。 在描述中提到的“自组织临界性”理论，由三位科学家在1987年提出，用于解释广延耗散动力学系统的行为特征。这些系统中的大量组元间作用使得系统自然地朝向临界状态演化。在软岩软化过程中，其表现出强烈的非线性特征，这使得“自组织临界性”理论成为了一个合适的工具来解释软岩饱水软化现象。 在研究中，作者们首先设计了针对软岩的静水状态下饱水试验，试验设置了天然状态、饱水一个月、三个月、六个月和一年共五种状态。他们对软岩在这些不同饱水状态下进行了结构、成分测试和物理力学性质试验研究。这些试验包括了矿物成分、化学成分、微观结构的测试，以及物理性质（比如容重、含水量）和力学性质（比如单轴抗压和抗拉强度、抗剪强度）的测定。 在分析实验结果时，研究发现软岩饱水过程中物理、力学性质的变化规律与水溶液浓度的变化趋势一致，表现为前3个月内变化幅度较大，随后逐渐趋于平缓，6个月后开始趋于稳定。微观结构的变化也表现出一定的规律性，即最初基于保持原貌，3个月时颗粒局部连接发生改变但微结构未发生很大变化，而到了6个月后微结构类型完全改变。 文中还提到，“自组织临界性”理论被用来分析软化试验中的临界现象，从而确定了软岩软化过程中的两个重要临界时间点：3个月和6个月。在这段时间内，软岩微观结构正处于自发调整而趋于有序的阶段，显示出自组织临界性的特征。文章从系统演化的角度探讨了饱水软岩系统中非平衡自组织有序结构的产生过程，给出软岩与水作用下工程特性变异达到稳定状态的临界时刻。 从文献综述来看，目前对于软岩软化机制的研究主要是通过试验结果的规律总结与数据拟合，而从系统演化的角度深入分析软岩软化的动力学机制的研究则相对不足。因此，本研究的目的是希望通过对软岩软化过程中临界现象的分析，为进一步研究软岩软化复杂动力学系统奠定基础。 文章中提到的项目基金包括国家863高技术研究发展计划、国家自然科学基金、高等学校博士学科点基金和广东省自然科学基金重点项目，说明该研究得到了相关科研项目的支持。通过设计的试验和理论分析，本文为我们提供了理解软岩软化过程的新视角，并为后续的软岩研究提供了实验数据和理论依据。