(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210433546.0 (22)申请日 2022.04.24 (71)申请人 兰州交通大 学 地址 730070 甘肃省兰州市安宁区安宁西 路118号 (72)发明人 薛彦瑾　王起才　马丽娜　余云燕　 张戎令　任天宇　申昊　王多伟　 包喜康　安荣　 (74)专利代理 机构 北京超凡宏宇专利代理事务 所(特殊普通 合伙) 11463 专利代理师 杜杨 (51)Int.Cl. G06F 30/25(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种高铁微膨胀泥岩地基膨胀力确定方法 及相关装置 (57)摘要 本申请提供了一种高铁微膨胀泥岩地基膨 胀力确定方法及相关装置， 涉及膨胀泥岩膨胀力 确定技术领域。 首先获取微观参数， 再依据微观 参数确定每个蒙脱石颗粒的晶层膨胀力， 然后依 据每个蒙脱石颗粒的晶层膨胀力确定所有蒙脱 石颗粒的横向膨胀力与竖向膨胀力， 再依据蒙脱 石颗粒的横向膨胀力与竖向膨胀力确定等效蒙 脱石颗粒的横向膨胀力与竖向膨胀力， 再获取微 膨胀泥岩的膨胀性定量值， 最后依据膨胀性定量 值、 等效蒙脱石颗粒的横向膨胀力与竖向膨胀力 确定微膨胀泥岩的横向膨胀力与竖向膨胀力。 本 申请提供的高铁微膨胀泥岩地基膨胀力确定方 法及相关装置具有确定横向膨胀力与竖向膨胀 力精度更高的优点。 权利要求书3页 说明书13页 附图4页 CN 114818449 A 2022.07.29 CN 114818449 A 1.一种高铁微 膨胀泥岩地基膨胀力确定方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 获取微观参数， 其中， 所述微观参数包括蒙脱石颗粒的体相相对电容率、 层间相对电容 率、 晶层表面电荷密度、 静电力常量、 单位电荷量、 晶层厚度、 离子半径关联量、 晶层间距以 及晶层厚度； 依据所述 微观参数确定每 个蒙脱石颗粒的 晶层膨胀力； 依据每个蒙脱石颗粒的 晶层膨胀力确定所有蒙脱 石颗粒的横向膨胀力与竖向膨胀力； 依据所述蒙脱石颗粒的横向膨胀力与竖向膨胀力确定等效蒙脱石颗粒的横向膨胀力 与竖向膨胀力； 获取微膨胀泥岩的膨胀性定量 值； 依据所述膨胀性定量值、 所述等效蒙脱石颗粒的横向膨胀力与 竖向膨胀力确定微膨胀 泥岩的横向膨胀力与竖向膨胀力。 2.如权利要求1所述的高铁微膨胀泥岩地基膨胀力确定方法， 其特征在于， 所述等效蒙 脱石颗粒的竖向膨胀力满足 公式： 所述等效蒙脱 石颗粒的横向膨胀力满足 公式： 其中， Pv3表示等效蒙脱石颗粒的竖向膨胀力， Ph3表示等效蒙脱石颗粒的横向膨胀力， NA 表示阿伏伽德罗常数， ps表示蒙脱石 颗粒的晶层膨胀力， m1表示微膨胀泥岩中等效蒙脱石含 量， M表示 蒙脱石的相对分子质量， b表示预设参数。 3.如权利要求2所述的高铁微膨胀泥岩地基膨胀力确定方法， 其特征在于， 当所述微膨 胀泥岩的竖向膨胀力为所述微膨胀泥岩的横向膨胀力的1/4， 且b＝0.35时， 所述微膨胀泥 岩的竖向膨胀力满足 公式： 所述微膨胀泥岩的横向膨胀力满足 公式： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114818449 A 2其中， εb表示蒙脱石颗粒的体相相对电容率， εc表示蒙脱石颗粒的层间相对电容率， Hα 表示Hamaker常数， L表 示常数， w表 示蒙脱石颗粒的晶层表 面电荷密度， k表 示蒙脱石颗粒的 静电力常量， e0表示蒙脱石颗粒的单位电荷量， rs表示蒙脱石颗粒的晶层厚度的一半， δs表 示与蒙脱石颗粒的离子半径有关的量， d0表示蒙脱石颗粒晶层间距， λ表示蒙脱石颗粒的晶 层厚度， Z表示微膨胀泥岩的膨胀性定量值， M表示蒙脱石的相对分子质量， 表示4℃水 的密度， ρ 表示泥岩的密度， S表示泥岩比表面积， G表示泥岩比重， wi表示泥岩的含水率， NA表 示阿伏伽德罗常数。 4.如权利要求3所述的高铁微膨胀泥岩地基膨胀力确定方法， 其特征在于， 所述微膨胀 泥岩膨胀性定量 值满足公式： Z＝6.28m1+1.38； 其中， m1表示微膨胀泥岩中等效蒙脱 石含量， 其计算公式为： m1＝m0+i0/10+k0/60 式中， m1为等效蒙脱 石含量； m0为蒙脱石含量； i0为伊利石含量； k0为高岭石含量。 5.如权利要求1所述的高铁微膨胀泥岩地基膨胀力确定方法， 其特征在于， 所述蒙脱石 颗粒的晶层膨胀力满足 公式： 其中， ps表示蒙脱石颗粒的晶层膨胀力， εb为蒙脱石颗粒的体相相对电容率， εc为蒙脱 石颗粒的层间相对电容率， Hα为Hamaker常数， L为常数， w为蒙脱石颗粒的晶层表面电荷密 度， k为蒙脱石颗粒的静电力常量， e0为蒙脱石 颗粒的单位电荷量， rs为蒙脱石颗粒的晶层厚 度的一半， δs为与蒙脱石 颗粒的离子半径 有关的量， d0为蒙脱石 颗粒的晶层间距， λ为蒙脱石 颗粒的晶层厚度。 6.一种高铁微 膨胀泥岩地基膨胀力确定装置， 其特 征在于， 所述装置包括： 数据获取单元， 用于获微观参数， 其中， 所述微观参数包括蒙脱石颗粒的体相相对电容 率、 层间相对电容率、 晶层表面电荷密度、 静电力常量、 单位电荷量、 晶层厚度、 离子半径关 联量、 晶层间距以及晶层厚度； 数据处理单元， 用依据所述 微观参数确定每 个蒙脱石颗粒的 晶层膨胀力； 数据处理单元， 还用于依据每个蒙脱石颗粒的晶层膨胀力确定所有蒙脱石颗粒的横向 膨胀力与竖向膨胀力； 数据处理单元， 还用于依据 所述蒙脱石颗粒的横向膨胀力与 竖向膨胀力确定等效蒙脱 石颗粒的横向膨胀力与竖向膨胀力； 数据获取 单元， 用于获取微 膨胀泥岩的膨胀性定量 值； 数据处理单元， 还用于依据所述膨胀性定量值、 所述等效蒙脱石颗粒的横向膨胀力与 竖向膨胀力确定微 膨胀泥岩的横向膨胀力与竖向膨胀力。 7.如权利要求6所述的高铁微膨胀泥岩地基膨胀力确定装置， 其特征在于， 所述等效蒙 脱石颗粒的竖向膨胀力满足 公式：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114818449 A 3