基于骨架颗粒和基质分类的马兰黄土微观结构研究

摘要

【目的】黄土的微观结构是黄土湿陷、崩解和力学性质的主控因素。现有研究更多根据颗粒的赋存形式划分黄土的结构单元，如单粒、包裹颗粒、团聚体和胶结物等。此种分类方式难于刻画黄土受力受水进而变形破坏过程中的结构演化，不利于研究上述现象的内在机理。【方法】本研究尝试提出一种新的分类方式，将黄土固体物质划分为骨架颗粒（粒径>5μm，主要为新鲜至中等风化的砂粒或粉粒）和基质（粒径<5μm的黏粒、所有尺寸完全风化的颗粒及团聚体）两部分。从物质成分角度而言，骨架颗粒主要为石英、长石和方解石，基质则主要为黏土矿物和碳酸钙。就接触关系而言，骨架颗粒多呈现相对不稳定的点-点接触，且趋于竖向或近竖向排列，而基质则呈现随机分布状态。【结果】试验研究发现湿陷过程中上述两类颗粒单元的形态和赋存形式均发生了明显变化，主要表现为中风化或强风化的骨架颗粒出现破碎，基质则出现散化或崩解。物质成分上主要表现为黏土矿物吸水膨胀与碳酸钙遇水溶解。结构方面呈现出骨架颗粒由相对不稳定的点-点接触转变为较稳定的边-边、边-点接触关系。粗骨架颗粒趋于沿水平方向重新定向排列，黄土结构趋于均质化。【结论】上述研究结果说明本分类方式有利于揭示黄土湿陷和崩解等物理力学行为的内在机理。

关键词

马兰黄土 / 微观结构 / 结构单元 / 骨架颗粒 / 基质

基金资助

极端天气黄土体灾变风险防控技术装备研究（2022YFC3003405）