砒砂岩岩性特征对抗侵蚀性影响分析

砒砂岩区是黄河中游集中的基岩产沙区,强烈的岩土侵蚀与砒砂岩的岩性密切相关。通过对砒砂岩原状样品的矿物组成、微结构的测试和定量分析表明:砒砂岩中岩石矿物的组成特征是以不稳定、易风化、亲水性强的粘土矿物为主;岩石微结构特征表现为颗粒大小悬殊、排列无序、孔隙发育、胶结物为粘土矿物,影响岩石的物理力学性质,降低了砒砂岩的抗风化、抗侵蚀性能。     

内蒙古南部砒砂岩侵蚀内因分析

内蒙古南部砒砂岩分布地区的岩土侵蚀非常强烈,外界原因是当地的气候自然条件十分恶劣,而内在根源是当地有大量易于侵蚀的物质-砒砂岩。本文从矿物成分、化学成分、岩性组合、颗粒密度、岩体构造和工程性质等方面对砒砂岩易于侵蚀的内在原因进行了初步解析。     

水化学作用对砂岩抗剪强度特性影响效应研究

开展了不同水化学溶液侵蚀条件下砂岩的抗剪强度试验,分析了水化学作用对砂岩微细观结构的影响效应,探讨了砂岩的水化学损伤机制。在此基础上,分析了水化学作用对砂岩抗剪强度的影响规律。通过引入岩石水化学损伤度,定量表达了砂岩抗剪强度参数随水化学损伤的演化过程,并采用化学动力学方法,模拟在给定水化学环境条件下重庆砂岩损伤度随时间演化过程,进而预测其抗剪强度参数演化规律。所得结果为定量化研究水化学作用对岩石物理力学特性的影响效应及预测与水化学作用相关的岩土工程的安全性和稳定性提供了良好的借鉴作用。     

砒砂岩风化物坡面水力侵蚀影响因素探究

深入理解降雨产生的坡面流的水动力学特性与砒砂岩侵蚀的关系是研究鄂尔多斯红色砒砂岩侵蚀机理的基础。采用降雨模拟系统进行不同雨强和坡度下降雨侵蚀试验,研究了水动力学参数与砒砂岩风化物侵蚀量的关系。结果表明:侵蚀量随坡度和雨强的增大均呈指数型增大;灰色关联分析下各水动力学参数与侵蚀量的关联度值在0.685~0.733之间,其中水流功率的关联度最高;以水动力学参数为变量,利用赤池信息量准则编程得到侵蚀量预测模型。综合灰色关联分析和赤池信息量准则都表明水流功率是影响鄂尔多斯砒砂岩风化物侵蚀产沙的重要参数。     

水岩作用对内蒙古南部砒砂岩风化侵蚀的影响分析

砒砂岩是指在内蒙古东胜至准格尔旗一带,发育于三叠纪、侏罗纪、白垩纪时期的一套河流相碎屑岩沉积,是黄河中游集中的基岩产沙区和粗泥沙的主要来源地之一。通过野外调查、样品采集和测试、水岩作用模拟等方法,分析雨水对岩石风化侵蚀的影响。对水样品测试结果的逆向模拟显示雨水对砒砂岩主要有3个方面的作用：(1)减小岩体内部粘结力,增加岩体孔隙度,促使方解石、长石、白云石、石膏和岩盐等溶解,使得岩体内孔隙度增大;(2)发生化学溶蚀,长石等矿物易于风化成高岭石、钙蒙脱石,扩大岩体中的裂隙;(3)钙蒙脱石的沉淀量较大,其遇水即膨胀的特性会给岩体内部增大压力而破坏岩石结构。水岩作用影响了砒砂岩的物理力学性质,加剧了砒砂岩风化与侵蚀。      

‘劈’砂岩重力侵蚀定量计算的GPS、GIS方法初探

通过对‘劈’砂岩的岩性及其特征的简单描述和分析,指出该类岩石的岩土侵蚀方式主要是以重力侵蚀方式为主,分析和介绍了国内外定量评价岩土侵蚀量的计算方法。在此基础上介绍了一种定量计算‘劈’砂岩重力侵蚀量的新方法,即基于GPS精确测量的GIS方法,并对该新方法的可行性进行了探讨和实际验证。     

砒砂岩区水土流失机制及防治措施研究现状与展望

砒砂岩集中分布于黄河中游晋陕蒙交接地带的多沙粗沙区，是黄河下游地上悬河造床质粗泥沙的重要组成部分，系关黄河安澜。由于砒砂岩孔隙发育、结构松散，遇水崩解等特性，以及地形地貌、气候、水文等因素的影响，导致砒砂岩极易发生风化、侵蚀，且侵蚀机制复杂、侵蚀类型多样。系统探究砒砂岩的风化、侵蚀与搬运机制及其发展演化过程是遏制粗泥沙入黄的关键。基于文献检索，笔者系统整理砒砂岩风化与侵蚀机制，分析坡面、沟道侵蚀与搬运演化过程、产沙产流规律，梳理有关砒砂岩的水土流失防治措施研究成果以及存在的问题，并提出遏制砒砂岩粗泥沙入黄的对策建议。(1)聚焦粗泥沙集中来源区，从源头遏制粗泥沙入黄。(2)按照山水林田湖草沙生命共同体理念，探索面向粗泥沙的水土保持新体系。(3)创新多元化投入、跨地区联动，多部门协作，多专业融合的遏制粗泥沙入黄工作机制。(4)加强砒砂岩风化-侵蚀-搬运机制与防治关键技术研究。     

黄河流域内蒙古段砒砂岩风化土微生物矿化改良的试验研究

砒砂岩,一种在黄河中上游广泛分布的特殊岩石,是由砂页岩和泥质砂岩组成的岩石互层,由于成岩程度低、沙粒间胶结程度差、结构强度低,且含有大量黏土矿物,其抗侵蚀能力弱,遇风成沙、遇水成泥,是“泥沙入黄”的重要来源。基于微生物诱导碳酸钙沉积(microbially induced carbonate precipitation,MICP)技术对砒砂岩风化土进行改良加固,以矿化后试样获得良好的强度为目标,结合物性及孔隙结构分析,对含有大量细粒土的砒砂岩风化土进行微生物矿化改良试验的最优方案设计。试验方案中设置12种工况,通过菌液浓度、菌液与胶结液用量比、钙尿摩尔比3个控制要素,对经微生物诱导沉积的碳酸钙晶体的晶型、形貌和尺寸进行人为调控。试验结果表明,当微生物矿化试验中尿素消耗量为0.4 mol时,采用菌液浓度OD₆₀₀值为1.2、菌液与胶结液用量比为1:20、钙尿摩尔比为1:1的试验方案,经微生物诱导的碳酸钙晶体以20～30μm的“方解石-球霰石团聚体”的晶型被沉积,并填充于砒砂岩风化土的孔隙中,使得砒砂岩风化土密实度提高,矿化后试样的孔隙度减小了62.4%,抗蚀能力得到...     

砒砂岩的微结构定量化特征研究

应用光学显微照相和图像分析处理技术,对8份砒砂岩样进行了微结构定量化特征分析;运用多元线性回归对砒砂岩物理力学性质与其各微结构定量化参数进行了关联分析.研究表明,砒砂岩的抗压和抗拉强度与其颗粒的大小、形态、分布及排列及孔隙分布密切相关.一般而言,颗粒的粒径、平面分布分维和定向分维越小,砒砂岩的物理力学强度就越高,抗压和抗拉强度就越好.     

内蒙古砒砂岩的模糊聚类分析

由于不同种类砒砂岩的风化与侵蚀程度不同,对其抗侵蚀性的研究需要对岩样进行科学的分类.采用模糊聚类多元统计分析方法,通过Matlab语言实现该方法并将其应用于内蒙古砒砂岩的分类,将研究区的砒砂岩大致划分为9大类,分别为紫红色砂岩夹灰绿色泥岩、紫红色砂岩、紫红色砂岩与灰白色砂岩互层、紫红色砂岩为主夹紫红色泥岩、灰白色砂岩为主夹紫红色砂岩、灰白色砂岩、紫红色泥岩为主、灰白色砂岩夹灰绿色砂岩和粉红色砂岩.     

Gravity erosion and lithology in Pisha sandstone in southern Inner Mongolia

Pisha sandstone is a soft rock found in the southern zone of the Inner Mongolia Autonomous Region of Inner Mongolia. The presence of soft Pisha sandstone in the middle reaches of the Yellow River coincides with large areas of bedrock erosion in the river's basin, with the average total erosion modulus as high as 44 570 t/(km~2·a). Such high levels of erosion are one of the main sources of coarse mud and sands in the Yellow River. Erosion by gravitational forces such as snow glide and landslip are the main erosion types in Pisha sandstone region. The gravity erosion modulus can be as high as 25 615 t/(km~2·a), accounting for 30.6% of the total average erosion. Our paper investigates the characteristics of Pisha sandstone in relation to the development of gravity erosion mechanisms. We conducted field investigations in Pisha sandstone region for original state rock sampling. Test results from analyses of the rock properties indicate that the mineral composition, structure and microstructure characteristics of Pisha sandstone determine its varying capacity to resist weathering. Degrees of weathering in slightly different lithological layers of Pisha sandstone lead to different erosion rates. In this way, erosion forces combined with the varying lithological strata in the rock aggravate gravitational erosion in Pisha sandstone.     

风化砂岩的力学特性及本构关系研究

以不同风化程度的砂岩试件为研究对象,对其单轴、三轴力学强度进行了试验研究。结果表明,随着风化程度的增加,砂岩的力学强度逐渐降低;三轴曲线的主应力差 对砂岩强度的影响基本呈线性;不同风化程度的砂岩试件的内摩擦角随着风化程度的增加,摩擦角逐渐增大;而凝聚力则随着风化程度的增加而减小。建立了岩石三轴受力的抛物曲线-线弹性-Duncan双曲线-塑性软化-残余理想塑性5段式模型,模型能够正确反映砂岩三轴受力变形特点。     

岩石化学风化时效效应的离散元模拟

微观上,岩石由晶粒和晶粒之间的联接组成。在岩石的风化过程中,晶粒之间的联接会被削弱,导致岩石微观缺陷的发展,从而表现为显著的时效效应。在已有胶结模型的基础上,将岩石的化学风化过程等效为颗粒之间胶结物质不断溶蚀进而影响颗粒之间胶结强度和刚度的过程,基于此建立了考虑化学风化的微观接触模型。随后将模型植入离散元软件,运用离散元方法（DEM）,模拟和对比分析了室内腐蚀试验与DEM模拟化学风化试验,结果表明：该模型可以反映岩石强度的化学风化时效效应,即随着反应时间增加,强度减小;可以反映单轴压缩试验中裂隙压密阶段以后变形的时效效应,即随着反应时间的增加,弹性模量、破坏时应变减小;粒间胶结的破坏,即微观缺陷的发育,是导致岩石化学风化时效效应的微观原因。同时DEM模拟风化与加载耦合的试验现象表明,施工过程中的施工速度会影响岩石的强度,施工应该选择合适的速率。     

Compressibility and shear strength of a residual soil

A detailed study was performed to investigate the compressibility and the shear strength of a residual soil in Omdurman, Sudan. The soil resulted from weathering of sandstone and mudstone. The soil is classified as sandy clayey silt (MH-CH) and is generally partially saturated. Consolidation tests were performed to study the compressibility of the soil and UU, CIU and insitu tests (CPT and SPT) were performed to study the shear strength characteristics of the soil. The characteristics of this residual soil can generally be predicted using correlations proposed in the literature for transported soils. The soil is of low to medium compressibility and exhibits slight apparent overconsolidation behavior. The soil dilates during shear and shows no long term effective cohesion. Problems associated with open cuts in this soil are attributed to loss of strength upon saturation.     

干湿循环条件下红砂岩软弱夹层微结构与剪切强度的关联性

极旱极涝频繁交替的极端气候事件会加剧岩土风化,降低强度,影响岩土工程结构稳定。采用直剪试验和扫描电镜技术,研究了对顺层红砂岩边坡稳定性起控制作用的软弱夹层在常温状态、干湿循环条件下（60℃风干）的力学特性及微观结构变化规律,通过相关分析、逐步回归方法得到了影响强度的微结构显著变量,构建了反映二者关联性的回归方程。研究表明：红砂岩软弱夹层剪切强度及黏聚力在1～5次循环过程中急剧降低,5次后变化趋缓,循环次数对内摩擦角变化影响微小;干湿循环次数增加,平均面积、平均直径、平均周长、定向概率熵等4个微结构参数减小,并与黏聚力呈现正相关关系;颗粒个数、平均形状系数、形态分布分形维数3个微观参数与黏聚力呈现负相关关系;分析认为,干湿循环过程中宏观力学特性蜕化及微观结构参数变化之间显著相关,干湿循环造成的岩土颗粒胀缩、碎裂、结构破坏是导致红砂岩软弱夹层剪切强度蜕化的主要原因。     

不同风化程度下灰岩抗剪强度特性及估算模型研究

工程上常见的灰岩在不同风化程度下的抗剪强度特性鲜有研究,也没有快速评估灰岩抗剪强度的数学模型,不能满足大量灰岩工程灾害防治的需要。为探究风化程度对灰岩抗剪强度特性的影响规律,试验选取现场新鲜灰岩试样,通过开展室内风化模拟试验制备不同风化程度的岩样,进行室内岩石强度剪切试验,探究灰岩剪切应力-剪切位移关系曲线的变化规律和...     

峡东地区南华纪-寒武纪地层风化过程元素及Sr-Nd同位素演化特征及其地球化学意义

以峡东地区南华纪、震旦纪和寒武纪标准地层泥岩、冰碛泥岩、砂岩、灰岩和白云质灰岩及对应的风化土壤为研究对象, 分析了地层风化成土过程中不同元素的迁移行为, 根据剖面样品的Sr-Nd同位素组成变化, 探讨了其同位素体系的封闭性特征与应用意义.结果表明: (1) 不同岩性基岩在成土过程中的蚀变强度有明显的差异, 在相似地表条件下, 碳酸岩风化剖面的风化程度高于泥质岩和砂岩; (2) 通过对比稳定高场强Ti元素在基岩和风化剖面中的含量变化, 计算出土壤样品在风化过程中体积相对基岩发生的改变量, 进而计算出不同岩性基岩在风化过程中微量元素的绝对含量变化以探讨这些元素的活动规律.结果表明, 灰岩和白云质灰岩的风化剖面元素含量变化明显, 而在泥质岩风化过程中大多数元素保持了相对稳定, 说明沉积岩风化过程中元素的活动性特征明显地受到了原岩矿物组成的制约.风化过程中, 不同性质的元素的活动性差异明显, 其中亲硫元素(Cu、Zn、Pb、Mo) 和大离子亲石元素(Rb、K、Sr、Ba) 在不同岩性的风化剖面中均表现出明显的元素含量变化, 而高场强元素(Zr、Hf、Nb、Ta) 含量则相对稳定; (3) 泥质岩风化形成的土壤层REE含量变化较小, 而碳酸岩风化土壤层REE含量发生了明显下降, 且其风化形成的土壤表现出LREE和HREE相对于MREE的富集.无论是碳酸岩或泥质岩风化形成的土壤, 均出现了明显的Eu负异常和Ce的正异常, 但在其原岩中这些异常并不存在或不明显; (4) 基岩与土壤剖面间Sr同位素组成和Rb/Sr比值存在明显差异, Rb-Sr同位素组成发生了明显的开放.所形成土壤层的Sr同位素组成受到2种因素的约束: 原岩性质和外来组成的Sr同位素比值.因此在总体上, 风化土壤的Sr同位素组成已不能代表基岩的Sr同位素组成; (5) 沉积岩风化过程中, 碳酸岩和泥质岩形成的风化土壤基本保持了原岩的Sm-Nd同位素组成特点, 由其组成所获得的Nd同位素亏损地幔模式年龄等能反映其原岩信息, 而近源沉积形成的砂岩和含砾冰碛泥岩所形成的土壤, 其Nd同位素组成则存在不同程度的改变.      

丹霞地貌砂岩的微观化学风化作用电子探针研究

利用偏光显微镜观察、电子探针分析等手段对江西龙虎山丹霞地貌崖壁砂岩的微观化学风化作用的发展过程进行了研究,重点观测黑云母蛭石化以及长石黏土化过程中矿物组分的变化,进而探讨丹霞地貌砂岩的微观化学风化作用机理。在微观化学风化下,强风化层胶结物中的方解石迅速分解流失,从而导致黑云母大量发生蛭石化和铁的氧化物在矿物边部富集;长石则大量发生黏土化而使高岭石、石英等矿物富集。研究表明丹霞地貌砂岩在微观化学风化作用下矿物分解以及新矿物的形成都破坏原来岩石中的力学平衡,因而风化作用在宏观上表现为岩面片状剥离和重力崩塌,据此推断更大尺度的风化作用可能与岩石中矿物的微观化学风化作用存在着密切联系,是微观化学风化作用长期累积后在宏观上的综合表现。      

化学溶液侵蚀下灰岩的力学及化学溶解特性研究

针对龙门石窟灰岩水溶液侵蚀破坏现象,考虑石窟区的泉水、石窟渗水和雨水的化学成分,配置不同的化学溶液,研究不同化学溶液作用下龙门石窟灰岩的力学损伤特性及化学溶解行为。通过不同化学溶液侵蚀不同时间下灰岩的力学试验及分析,获得不同化学溶液侵蚀下龙门石窟灰岩强度损伤特性,建立化学溶液作用下灰岩单轴抗压强度随时间的侵蚀损伤方程。通过不同化学溶液侵蚀不同时间下灰岩溶解动力学试验及分析,研究灰岩在不同化学溶液中的溶解特性,建立化学溶液作用下灰岩侵蚀溶解动力学方程。试验分析研究表明,由于水化学溶液的溶解作用,化学溶液侵蚀下灰岩强度均有所下降。盐效应、同离子效应对灰岩溶解速率和强度的影响较大。盐效应提高灰岩溶解速率,同离子效应降低灰岩溶解速率。盐的种类和浓度均相同时,酸性越强,溶解速率越大;盐的种类和pH值相同时,盐浓度升高,灰岩溶解速率增大。研究结果将为石质文物及岩石工程的长期保护提供重要的理论基础,具有广泛的实际工程应用价值和应用前景。