基于分形理论的粉砂质泥岩酸雨崩解特征研究

黏土岩的崩解过程易受环境条件(如崩解液特征)影响,酸雨作用对其影响显著,但其酸雨崩解特征有待研究。目前对黏土岩崩解特征的评价多采用耐崩解性指数,仅考虑崩解后大于2mm的残留颗粒质量,未反映崩解后的整体粒径分布特征。本文以典型酸雨区攀枝花机场滑坡为依托,选取滑带粉砂质泥岩,开展不同pH值条件下的岩石崩解试验;引入分形理论,建立分形维数与酸雨历时、降雨酸度间的相关关系,定量刻画粉砂质泥岩酸雨崩解特征及影响因素;采用电感耦合等离子体发射光谱法分析不同酸度崩解溶液的离子成分差异,以探索降雨酸度造成岩石崩解特征差异的本质原因。结果表明:采用分形理论可以较好地反映粉砂质泥岩酸雨崩解特征,分形维数越大,粉砂质泥岩崩解程度越大;分形维数与酸雨历时、降雨酸度之间皆存在明显对数正相关关系;不同降雨酸度粉砂质泥岩崩解特征存在差异的原因在于白云石、方解石溶蚀程度不同。研究成果可为酸雨地区黏土岩的工程性质评价提供参考。     

考虑不同加载条件的粉砂质泥岩损伤特征

为了研究粉砂质泥岩硐室开挖过程中围岩的损伤特性,该文提出了一个考虑损伤特性的粉砂质泥岩的加载损伤模型。采用三轴压缩试验,得出不同围压、不同加载速率下粉砂质泥岩的应力应变曲线,并与粉砂质泥岩的加载损伤模型相结合得到了粉砂质泥岩在加载过程中的损伤规律。为探究模型的可靠性,根据超声波在发生损伤材料的传导速度衰减特征,利用TICO混凝土超声波测试仪对加载过程中的试件进行超声检测,得到了粉砂质泥岩不同加载阶段的损伤变化规律。结果表明,所提出的的粉砂质泥岩加载损伤模型可以反映粉砂质泥岩的损伤演化规律。     

全-强风化粉砂质泥岩挖方边坡设计研究

高陡挖方边坡稳定性研究历来是工程界和学术界关注的研究课题。本文结合某换流站站址全-强风化粉砂质泥岩挖方边坡的设计情况,针对该站址边坡坡高较高、水量丰富和粉砂质泥岩节理发育、抗风化性能差的特点,从参数选取、坡形设计、稳定性计算、支护设计、排水系统设计、边坡绿化等方面进行研究、总结,根据稳定性分析结果提出工程支护建议,合理有效的控制了支护成本。本文边坡设计、支护方案完整,以期能对类似边坡设计提供借鉴。     

模拟酸雨干湿循环条件下红砂岩的崩解特性

为研究酸雨作用下红砂岩干湿循环崩解特性,在室内配制pH值分别为4.7、5.3、6.0、7.0的溶液以模拟雨水,对恩施红砂岩开展干湿循环条件下的崩解试验,获得了崩解颗粒含量、崩解率与干湿循环次数、溶液pH值关系。结果表明:溶液pH值越低,试样崩解速率越快,完全崩解所需干湿循环次数越少;试样崩解曲线具有明显的阶段性,可分为前期缓慢崩解阶段、中期快速崩解阶段、后期缓慢崩解阶段;对红砂岩进行X射线衍射试验,获得其矿物成分及含量。在此基础上,探讨了酸溶液对红砂岩崩解特性影响机理,主要原因是红砂岩中碳酸钙与盐酸的化学反应导致孔隙、裂隙形成、扩展并贯通;崩解曲线具有阶段性,是由于干湿循环的不同阶段岩块表面积变化所导致。     

水化学环境下白垩系五龙组砂岩崩解能量耗散模型

白垩系时期的五龙组砂岩,由于其地层年代新,沉积时间较短,岩石内部胶结作用不完全,因此在水化学环境下极易被侵蚀并发生崩解,进而诱发各种灾害。本文以白垩系五龙组砂岩为研究对象,将其置于不同酸碱度的化学溶液中进行岩石的循环崩解试验。通过试验分析了水化学作用下白垩系五龙组砂岩崩解过程中岩石的耐崩解指数;得到每次循环崩解后,各粒径范围内崩解物质量百分比,基于此分析了岩石在水化学环境下的崩解特性;使用微观观察手段和检测手段探究了崩解前后矿物组分变化及崩解过程中岩石的微观结构演变规律;基于热力学以及断裂力学相关理论,构建崩解过程的能量耗散数学模型。研究结果表明：白垩系五龙组砂岩整体崩解速率先增后减并最终趋于稳定,其崩解物粒径分布较集中,主要在0.25 mm以下;在不同水化学环境下,白垩系五龙组砂岩的崩解强度呈现酸性>碱性>中性的差异化特征;将不同崩解循环次数下崩解物颗粒级配分布数据和微观几何结构参数代入能量耗散模型,结合实际情况分析表明岩石崩解能量耗散模型能较好表征岩石的崩解过程。研究成果可为岩石的崩解机制研究提供参考。     

西藏贡觉粉砂质泥岩工程地质特性与蠕变强度研究

川藏铁路在穿越西藏贡觉地区时遇到三叠系粉砂质泥岩,在高地应力条件下容易发生大变形等危害。文章开展了不同围压下的岩石三轴压缩和和三轴蠕变试验,结合PFC数值模拟,研究了粉砂质泥岩在不同围压下的蠕变特性和长期强度研究,结果表明:贡觉粉砂质泥岩流变具有西原蠕变模型特征,蠕变与常规三轴试验条件下,随着围压不断增大,粉砂质泥岩试样均由拉-剪破坏向单剪破坏过渡,剪切破裂面与水平线的夹角逐渐减小,微裂纹数量减少;蠕变试验相较于常规三轴试验,由拉应力引起的压碎带影响范围更广;在高围压条件下,粉砂质泥岩更容易发生流变,随着围压的增大,轴向应变、侧向应变和体积应变均增大,微裂纹数量呈下降趋势;瞬时弹性模量及黏弹性系数与围压呈线性递增关系,黏弹性模量与围压呈对数型增长关系,黏塑性系数与围压呈指数型增长关系。在荷载长期作用下,岩石长期强度低于瞬时强度。     

三轴应力下水对粉砂质泥岩蠕变力学特性影响作用试验研究

采用岩石流变试验机,在三轴应力下分别对干燥与饱水两种含水状态的粉砂质泥岩开展室内蠕变力学试验。分析了水对粉砂质泥岩蠕变量、蠕变长期强度的影响作用。依据岩石的蠕变性质,选取Burgers蠕变模型对其进行描述,得出两种含水状态下岩石的蠕变模型参数。对比干燥与饱水含水状态下岩石的Burgers蠕变模型参数,分析得出了水影响Burgers蠕变模型参数的基本规律。结果表明:（1）相同应力水平下,水对粉砂质泥岩的瞬时应变特性影响较小,而对岩石的蠕应变特性影响相对较大;（2）饱水试样的蠕变长期强度是干燥试样的39.3%,由于水的作用,粉砂质泥岩的蠕变长期强度大幅降低,在工程中应考虑由于水的影响作用而导致的岩石长期强度降低问题;（3）水对Burgers蠕变模型各参数的影响作用从大到小依次为:η₁、G₁、G₂和η₂,即水对Burgers模型中串联的元件力学特性影响较大,而对并联的元件力学特性影响相对较小;（4）由于水的影响作用,粉砂质泥岩达到稳定蠕变阶段所需的时间显著增加,岩石的稳态蠕变速率显著增大;（5）由于水的影响作用,导致粉砂质泥岩的蠕变力学特性发生显著改变。因此,在重大岩石工程中应重视水对岩石时效变形的影响作用。     

低应力与覆水环境下单裂隙粉砂质泥岩渗流特性

为探究不同外部环境因素影响下浅层粉砂质泥岩边坡裂隙渗流特性,采用自主研发的岩体裂隙渗流试验装置,对含6种不同裂隙面粗糙度(JRC)的粉砂质泥岩裂隙试样进行渗流试验,研究了不同低围压和覆水深度下粉砂质泥岩裂隙渗流特性。结果表明:不同覆水深度及JRC下围压与粉砂质泥岩裂隙渗透系数均呈反相关,两者之间关系可用幂函数表征,且渗透系数的降低过程可分为快速降低(围压为0～30 kPa)和缓慢降低(围压为30～50 kPa)两个阶段,CT扫描结果验证了围压增大使得粉砂质泥岩裂隙开度减小是渗透系数随围压增大而减小的主要原因。随围压的增大或覆水深度的减小,不同JRC粉砂质泥岩裂隙渗透系数的离散程度逐渐减小。当围压增至最大,同时覆水深度最小时,JRC对裂隙渗透系数的影响将会被消除。不同围压下,粉砂质泥岩裂隙渗透系数与覆水深度呈正相关,且两者关系可用指数函数表征。推导出了粉砂质泥岩裂隙渗流非线性Izabsh模型,该模型能较好地反映低应力及低流速下粉砂质泥岩裂隙渗流量与压力梯度之间的非线性变化关系,但随围压的增大,该模型的相关性有一定程度的减小。     

温湿循环作用对三峡库区岸坡粉砂质泥岩力学特性及能量演化的影响研究

三峡库区岸坡表层岩体的风化特性及其稳定性受温度和湿度等气候环境显著影响.为了研究温湿循环作用对三峡库区岸坡粉砂质泥岩的劣化效应,将其加工后的标准岩石试样进行不同循环次数的温湿循环作用,然后测试其单轴压缩力学性能,分析其应力-应变曲线、强度、变形、破裂特征及能量特征.结果表明,随着粉砂质泥岩试样受温湿循环作用的次数从0增...     

水-岩作用下粉砂质泥岩含水损伤本构模型

软岩遇水具有显著的劣化效应,以往研究主要集中于软岩的流变特性,对水-岩作用下软岩的含水损伤研究较少,但水-岩作用下软岩的含水损伤效应对工程建设的指导至关重要。因此,以滇中地区粉砂质泥岩为研究对象,对干燥状态、天然含水率和饱水条件下的粉砂质泥岩试样进行三轴压缩蠕变试验。试验结果表明:(1)不同含水率试样在初始加载阶段产生的应变量均远大于后期逐级加载阶段的应变增加量,且随着含水率的增加初始加载蠕变量逐渐增大;(2)随着含水率的提升,最终蠕变量逐渐增加,试样进入加速蠕变阶段的应力阈值逐渐降低,长期强度也显著降低。根据试验结果,基于损伤理论,引入一个非线性黏塑性体考虑含水情况对蠕变的影响,提出基于经典Burgers模型并具有水-岩作用劣化特征的含水损伤蠕变本构模型。通过1stopt软件辨识参数,并验证了模型的准确性和可适性。研究结果对于滇中红层软岩的含水损伤特性研究提供了一定的参考。     

冻融与酸雨侵蚀共同作用下混凝土损伤分析

进行了快速冻融和酸雨侵蚀作用下的混凝土室内模拟试验, 研究了冻融和酸雨侵蚀作用下混凝土的质量损失和相对动弹性模量变化规律. 试验结果表明, 混凝土在冻融-酸雨复合环境下的损伤大于冻融作用下的损伤. 通过分析研究, 建立了冻融循环和酸雨侵蚀共同作用下不同水胶比混凝土的质量损失与冻融循环次数的函数关系及冻融与酸雨腐蚀共同作用下混凝土损伤演化方程, 为冻融环境混凝土结构耐久性设计与评估奠定了基础.     

仇山酸化钙基膨润土的 27Al和 29Si 魔角旋转核磁共振谱及脱色率研究

对用不同酸度处理的仇山钙基膨润土进行了化学分析、X射线衍线（XRD）、^27Al和^29Si魔角旋转核磁共振（MAS NMR）、吡啶吸附样品的红外光谱（IR）、比表面积、阳离子交换容量（CEC）和脱色率等测定。结果表明，随着处理酸度的增加和蒙脱石中阳离子的溶出，它的d(001)的衍射强度降低，同时其Si和Al原子局域结构环境发生了显著的改变，Al原子由Al^Ⅵ变成Al^Ⅵ，Si原子由Q^Si(0Al)结构向Q^4Si(0Al)和Q^3Si(1OH)结构转变。八面体片阳离子的溶出和Si,Al原子局域结构环境的转变，显著地增加了比表面积和孔结构；Al^Ⅵ向Al^Ⅵ的转变形成了Lewis酸中心，而Si原子局域结构环境的改变形成了Br φnsted酸中心。膨润土脱色率随处理酸度增加的本质原因是在Si和Al原子局域环境的变化过程中，在其表面分别形成了Brφnsted酸中心和Lewis酸中心。     

影响硅灰石产物性质的工艺研究

为研究硅灰石酸处理产物的比表面积及产率的影响因素,作者设计了一个三因素,两水平的正交实验,并做了最佳条件实验,即验证实验,结果证实了正交实验结论的正确性,即快速加酸,有机助剂和无机助剂,有利于提高硅灰石酸处理产物的比表面积和产率。     

运用吡啶吸附—拉曼光谱探测硅藻土表面酸位

运用吡啶吸附—拉曼光谱技术探测了硅藻土及其热处理产物的表面固体酸位。结果表明，室温下硅藻土表面经基均为吸附水覆盖，不显B酸性，结构中也无能够接受电子对的Lewis酸位。经热处理后，某些酸性羟基脱水使硅藻土呈弱B酸性，B酸位浓度在经650℃左右热处理后达到最大；另一方面，硅藻土中所含粘土矿物在650℃左右因脱羟而发生结构变化，产生配位不饱和的Al位，表现出L酸性。     

酸雨溶蚀碳酸盐岩的源汇效应分析——以广西典型岩溶区为例

选取广西的桂林、柳州、河池、百色、玉林、南宁、钦州7个酸雨监测点进行了为期一年（2014年5月至2015年5月）的监测,结合各站点溶蚀试片和降雨降雨量、降雨时间、pH值和电导率等,分析了试片溶蚀量的主要影响因素及酸雨的源汇效应。结果表明,试片溶蚀量与累计降雨时间,即溶蚀作用发生的时间关系密切。单场酸雨对碳酸盐岩的溶蚀过程可分为两个阶段,即:前期强酸溶蚀碳酸盐岩,释放CO2,为碳源;后期碳酸溶蚀碳酸盐岩,吸收大气CO2,为碳汇。而就整年而言,碳汇过程占绝对优势,酸雨减汇量仅占总溶蚀量的0.27%～3.52%,平均为1.96%,但酸雨减汇比例随酸雨pH值的降低而呈指数增加。酸雨对岩溶碳汇有着显著影响,在岩溶碳汇的研究中不应忽视。      

酸雨石等5种常用吸盐材料的盐碱土壤改良效果研究

以黑龙江省大庆市林甸县长青林场3个不同小区为实验地,分别采用酸雨石等5种吸盐材料对不同小区盐碱土壤进行改良,根据改良后土壤pH、导电率变化,对不同材料的盐碱土壤改良效果进行比较。研究表明,短期内吸盐速率:酸雨石活性炭腐熟牛粪沸石稻壳,长期吸盐量:酸雨石活性炭沸石稻壳腐熟牛粪,效果持久性为酸雨石最强,活性炭、沸石次之,稻壳较弱,腐熟牛粪最弱。酸雨石解碱能力最强,活性炭次之,沸石、牛粪、稻壳解碱能力较弱。因此,酸雨石在5种盐碱土改良剂中具有最强吸盐解碱能力。     

Evaluation of drill cuttings in prediction of penetration rate by using coarseness index and mean particle size in percussive drilling

Penetration rate of rocks is influenced by geological parameters, machine parameters and operating parameters. This paper presents a study on the coarseness index (CI) and mean particle size (d) to evaluate the penetration rate (PR) in percussive drilling in a limestone and in a marl quarry. The coarseness index was determined from sieve analysis. The mean particle size (d) and specific surface area (SSA) were determined by using Rossin-Rammler-Sperling (RRS) graph for each hole samples. The relationships between PR and CI, d, SSA were investigated by regression analysis. The best lines were selected in these graphs. Reliable relations were found between penetration rate and coarseness index and mean particle size. Finally, it was seen that the coarseness index and mean particle size could be used in evaluating the penetration rate in percussive drilling operations. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

中国大陆火山活动对气候与环境影响的研究进展

本文简要回顾了我国中、新生代典型中酸性火山活动的气候环境效应的研究进展,重点讨论了新生代长白山天池火山喷发和中生代辽西火山活动对气候环境造成的影响。天池火山气体含量呈现两个相同趋势的旋回式变化,从早到晚,卤化物和H2O呈降低趋势,而硫化物气体呈增加趋势。火山旋回早期富含HF气体导致动物窒息、甚至大批集群死亡;晚期喷出的大量硫化物气体可以形成大规模酸雨和剧毒火山灰云幕,对周围的动植物生长有严重影响。辽西火山气体可分为三种组合,形成酸雨,导致地表温度下降,加速臭氧浓度降低,甚至破坏臭氧层,从而对生物的生存环境造成严重危害。     

凹凸棒石与酸反应纳米尺度研究——反应机理和表面积变化

利用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和BET-比表面积分析(BET-SSA)技术调查了沉积型凹凸棒石与酸作用过程中形态和比表面积变化,并探讨了凹凸棒石与酸反应机理。对不同条件下凹凸棒石与酸反应产物纳米尺度观察表明,凹凸棒石的酸溶反应既表现出棒状晶体端部四面体和八面体一致溶解,也表现出柱面位置四面体和八面体不一致溶解。纳米尺度观察揭示出凹凸棒石与酸反应机制是质子从外表面扩散渗透,而不是质子从晶体孔道的渗透,反应速率主要受穿过酸溶产物硅酸层扩散速率控制。凹凸棒石的酸溶反应过程中,酸处理凹凸棒石的纳米孔结构现象与柱面位置四面体硅局部溶蚀有关。酸处理凹凸棒石比表面积增加归因于凹凸棒石中八面体不均匀、不连续溶解和局部四面体硅的溶蚀导致凹凸棒石孔道开放和直径扩大,从而使N2分子更多的进入凹凸棒石的孔道。部分八面体残留对四面体片起支撑作用,当凹凸棒石中八面体阳离子近于完全溶解时,四面体片失去支撑,结构塌陷,内孔孔道消失,比表面积再度下降。