钠基蒙脱土对水分子吸附机理的第一性原理计算

钠基蒙脱土吸水膨胀是造成深部巷道中软岩膨胀的主要原因。为了解决钠基蒙脱土吸水膨胀带来的工程安全问题，本文基于量子力学的第一性原理，利用材料模拟软件VASP计算模拟钠基蒙脱土对水分子吸附的机理，并研究吸附能、弹性常数与吸附量之间的关系。计算结果表明：钠基蒙脱土层间吸附水分子之后，体积主要是沿着c轴方向膨胀，体系吸附能与吸水量总体成线性正相关的关系。随着钠基蒙脱土层间水分子吸附量的增多，弹性常数C₁₁、C₂₂、C₃₃大于其他弹性常数，且C₃₃明显大于C₁₁、C₂₂。此外，钠基蒙脱土的体积模量B、剪切模量G、杨氏模量E都随吸水量的增加而减小。该计算结果为解决钠基蒙脱土相关的工程安全问题提供了理论指导。