水对岩石的力学性能有显着影响，特别是含有粘土矿物的岩石。这些岩石中的粘土矿物遇水后体积发生明显变化并产生膨胀，从而导致应力增加或岩石内部微观结构的破坏。随着含水量的增加，岩石的强度降低，膨胀引起的变形进一步增加。由于岩石溶胀引起的隧道工程灾害不胜枚举，如隧道底板隆起、衬砌破坏等。为研究膨胀性泥岩力学性能随含水量的变化规律及力学性能劣化的原因，中国地质大学（武汉）焦玉勇教授团队对采自新疆某隧道现场的膨胀性泥岩样品进行了各种力学试验和扫描电镜试验，综合分析了水对溶胀性泥岩力学特性影响。
所研究的溶胀性泥岩由石英（20.09%）、伊利石（30.51%）、高岭石（36.93%）和绿泥石（12.48%）组成。研究人员首先采用无侧限膨胀试验对样品的膨胀性进行评价。然后，对不同含水量的膨胀性泥岩样品进行了单轴压缩试验、巴西圆盘试验、三轴压缩试验和扫描电镜试验。结果表明，泥岩样品的各项强度（单轴抗压强度、抗拉强度和三轴抗压强度）均随着含水量的增加而降低。随着含水量的增加，弹性模量减小，峰值应变先减小后增大。进一步构建了各含水率状态下的强度包络线，得到相关参数。发现内摩擦角不随含水率变化，黏聚力随含水率的增加而降低。通过扫描电镜和X射线衍射试验揭示了泥岩力学性能劣化的原因。最后，建立了可用于预测任意含水率下膨胀性泥岩力学性质的完整经验公式，也可用于数值模型中描述含水量与膨胀性泥岩力学性质的关系。
研究成果将为世界上许多膨胀性泥岩工程的设计和施工提供有意义的参考。相关研究成果发表于《Engineering Geology》 期刊。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013795221004592