空隙特征对砂岩水致劣化规律的影响

针对南京秦淮东河开挖后的稳定性问题,选取黄马青组（T2h）砂岩为研究对象,对砂岩在吸水-干燥循环条件下的单轴抗压、抗拉特性进行试验研究。考虑到未来边坡运营过程中水的影响,试验时分别考虑自然吸水和饱和吸水两种情况。根据试验结果对所研究砂岩的空隙特征、水致劣化特征和劣化机制进行了详细分析。随着吸水-干燥循环次数增加,岩石的抗压、抗拉强度和凝聚力均呈劣化趋势,说明循环次数的增加对岩石的损伤有累积作用。岩石自然吸水条件下（小开空隙未进水时）强度和弹性模量下降速度较慢,而饱和吸水条件下（开空隙被水充满时）强度和弹性模量下降速度较快,表明岩石中小开空隙对岩石的劣化效果显著。微观结构分析结果表明,随着吸水-干燥循环次数增加,岩石中空隙率增大。结合抗剪强度特征分析认为,干-湿循环导致岩石的黏结强度不断下降,而摩擦强度变化较小,表明黏结强度劣化是岩石水致劣化的主要原因,干-湿循环导致水-岩反应,岩石颗粒胶结物发生松散,边缘发生开裂,宏观上表现为岩石劣化。该研究成果对于新开挖河道边坡稳定性分析具有较大的参考价值,为河岸边坡的长期稳定性分析提供了依据。     

空隙特征对砂岩水致劣化规律的影响

针对南京秦淮东河开挖后的稳定性问题,选取黄马青组(T_(2h))砂岩为研究对象,对砂岩在吸水-干燥循环条件下的单轴抗压、抗拉特性进行试验研究。考虑到未来边坡运营过程中水的影响,试验时分别考虑自然吸水和饱和吸水两种情况。根据试验结果对所研究砂岩的空隙特征、水致劣化特征和劣化机制进行了详细分析。随着吸水-干燥循环次数增加,岩石的抗压、抗拉强度和凝聚力均呈劣化趋势,说明循环次数的增加对岩石的损伤有累积作用。岩石自然吸水条件下(小开空隙未进水时)强度和模量下降速度较慢,而饱和吸水条件下(开空隙被水充满时)强度和模量下降速度较快,表明岩石中小开空隙对岩石的劣化效果显著。微观结构分析结果表明,随着吸水-干燥循环次数增加,岩石中空隙率增大。结合抗剪强度特征分析认为,干-湿循环导致岩石的粘结强度不断下降,而摩擦强度变化较小,表明粘结强度劣化是岩石水致劣化的主要原因,表明循环导致水-岩反应,岩石颗粒胶结物发生松散,边缘发生开裂,宏观上表现为岩石劣化。研究成果对于新开挖河道边坡稳定性分析具有较大的参考价值,为河岸边坡的长期稳定性分析提供了依据。     

不同水化学条件下循环侵水砂岩劣化规律研究

岩石力学性质的损伤对于工程结构的稳定造成严重影响,尤其是废弃露天矿坑作为尾矿库使用,蓄水与排水导致库岸边坡岩体长期受到复杂水化学环境与循环侵水的耦合作用。为模拟复杂水化学环境与循环侵水的耦合作用对岩石损伤影响,设计了砂岩在酸、中、碱性三种环境下的循环侵水试验,并通过常规三轴压缩试验分析岩石力学参数的弱化规律。研究结果表明：（1）砂岩峰值强度随围压增大呈递增趋势,随循环侵水次数增加呈降低趋势,且峰值强度按pH值排序为7>10>4;（2）砂岩孔隙率随循环次数增加呈增长趋势,其变化率呈降低趋势,且孔隙率按pH值排序为4>10>7,pH=4和pH=10环境中孔隙率明显大于pH=7环境中的孔隙率,表明pH=4和pH=10环境中砂岩同时发生水解反应与化学反应两种劣化,使得孔隙率增大;（3）砂岩粘聚力c和内摩擦角φ呈劣化递增趋势,0次到5次循环阶段,c和φ的劣化程度最大,5次到20次循环阶段,c和φ劣化的趋势逐渐减缓,且c值和φ值按pH排序为7>10>4;（4）对砂岩粘聚力c和内摩擦角φ拟合方程微分后得到微分方程,归一化处理后定义其系数为砂岩劣化系数,得到c和φ的劣化系数按pH排序均为4>10>7,并分别建立c和φ与pH值、循环次数的双变量拟合函数表达式。     

饱水-风干循环作用下砂岩强度劣化规律试验研究

库水位变幅带是库岸边坡稳定的敏感地带,饱水-风干循环作用下岸坡岩体的强度将如何劣化,以及由此引发的地质灾害问题都是十分严峻而又不可回避的。特选取三峡库区典型库岸边坡变幅带区域砂岩为研究对象,进行饱水-风干循环作用试验,试验结果表明,在饱水-风干循环过程中,砂岩试样的抗压强度、凝聚力和内摩擦角均逐渐劣化,变化趋势基本一致,而且,浸泡时水压力变化幅度越大,饱水-风干循环次数越多,损伤效应越明显,说明水压力的升、降和饱水-风干循环作用对岩样的损伤有累积作用。最后,基于砂岩试样的饱水-风干循环作用试验研究,对饱水-风干循环作用的水-岩作用机制进行了详细地探讨。研究成果对于把握库岸边坡变幅带岩体性质劣化规律具有较大的参考价值,为库岸边坡的长期稳定性分析提供了有益的依据。     

酸性干湿循环作用下砂岩强度参数劣化规律

为研究酸性环境中砂岩在干湿循环作用下强度的劣化规律,在溶液pH值分别为7、5、3的浸泡环境中,对砂岩试样进行循环次数为1、5、10、15、20次的干湿循环试验。根据每个循环阶段后的强度数据,得到Mohr-Coulomb强度准则参数和Hoek-Brown强度准则参数,并对这些参数的干湿循环劣化效应做简要的分析。再根据应力空间中偏应力与强度准则参数的关系式,分别作出pH值为7、5、3的浸泡溶液作用下π平面上的破坏面随不同循环次数的变化图。结果表明：各准则参数随着干湿循环次数的增加呈下降趋势,循环次数较小时劣化较为严重,而后呈缓和趋势;pH值越低,劣化越严重,劣化效应由大至小依次为：单轴抗压强度、黏聚力、材料常数、内摩擦角;同一pH值浸泡环境中,循环次数较小时,π平面上的破坏曲线较为稀疏,循环次数越大,破坏曲线越密集;不同pH值浸泡环境中,pH越低,破坏曲面越小;偏应力与单轴抗压强度、黏聚力正相关,与材料常数、内摩擦角负相关。     

长石砂岩对酸性环境的腐蚀劣化响应

为了揭示酸性环境对岩石的腐蚀劣化效应,利用CT图像处理技术分析经酸性水域浸泡后长石砂岩的细观组分及结构变化,并利用岛津AGI-250伺服材料试验机开展单轴压缩试验,观察其力学参数劣化情况。试验结果表明：经酸性水域处理后,长石砂岩试件其总体密度降低、分布趋向均一化,局部区域生成了更高密度的矿物成分;次生孔隙增多,试件外部孔隙变化可直观看到,内部孔隙变化可通过最小外接矩形像素面积直接反映;抗压强度、弹性模量、峰值应变最大下降量分别达34.092%,22.016%和13.705%,且反映砂岩强度参数的劣化度相对较高,应变参数的劣化度相对较低;酸性水域中H⁺浓度充足时,砂岩在酸性溶液中主要以溶解反应为主,H⁺浓度降低到一定程度后,正长石和斜长石溶解的同时可生成其他自生矿物,当H⁺消耗殆尽后,反应主要以水解的方式进行。通过将CT图像处理技术运用于经酸性水域处理后砂岩的力学特性变化机理分析,为研究类似岩石等非均质材料的组成及性质提供一种新思路和新方法。     

浸泡-风干循环作用下砂岩动力特性劣化规律研究

在库水的长期浸泡-风干循环作用下,库岸边坡岩体的动力特性变化规律直接影响其长期稳定性能,其中,消落带是库岸边坡稳定的敏感地带。因此,特选取三峡库区库岸边坡消落带典型砂岩为研究对象,设计了考虑水压力反复升降变化和浸泡-风干循环耦合作用的试验方案,对不同浸泡-风干循环作用周期的岩样进行单轴循环加、卸载动力响应试验。研究结果表明：随着浸泡-风干循环作用次数的增加,相同次数加、卸载循环作用时对应岩样的轴向应变、动应力-应变曲线的滞回圈面积逐渐增大,计算得到砂岩的阻尼系数、阻尼比逐渐变大,动弹性模量逐渐减小,说明浸泡-风干循环作用对砂岩动力特性的损伤是一种累积性发展的过程。最后,基于岩样的微观结构变化,对浸泡-风干水岩循环作用下砂岩动力特性劣化机制进行探讨。研究成果对库区大量存在的库岸边坡在考虑地震作用下的长期稳定性评价具有较高的参考价值。     

南京秦淮东河黄马青组(T2h)砂岩水致劣化特征分析

南京秦淮东河新开河道在铜家山地段穿越黄马青组（T₂h）砂岩,形成高度最大达70 m的高边坡。根据现场调查和钻探结果,在近地表处,岩石中裂隙发育,岩体完整性差,而在深部,根据钻孔取芯结果,岩体中结构面胶结强度高,岩体完整性好。钻孔取岩芯样进行干湿循环试验发现,样品在干燥-饱和循环条件下,一般循环5次以上就易发生崩解,而在自然吸水-干燥循环条件下,循环20次以上仍可以保持完整。分析认为,岩石中小开裂隙发育。根据扫描电镜（SEM）对微观结构分析结果发现,饱和条件下,岩石中小开裂隙进水后导致结构面胶结物软化,并可能造成岩石开裂、吸水膨胀,即水对岩石的劣化作用是物质软化和岩石结构破坏的双重机制;而在自然吸水条件下,小开裂隙中未进水,水对结构面的软化作用较小。矿物分析结果表明,岩石中含有较多的黏土矿物,是导致岩石浸水软化的重要原因。经过干湿循环后,岩石波速下降、致密程度降低,塑性特性增强。多次循环后岩石的单轴抗压强度和弹性模量均呈明显下降趋势,岩石破坏时的变形量随循环次数增大而下降,岩石的孔隙压密和弹性变形过程逐渐消失,加载后迅速进入塑性变形阶段,且破坏速度加快。     

水–盐作用下红层砂岩声波特性劣化试验研究

水-岩作用是岩石表面风化、结构破坏以及强度降低的重要原因之一,也是岩土力学研究领域的经典问题。基于此,以甘肃兰州地区红层砂岩作为研究对象,通过进行10次不同(盐)溶液下的干湿循环,研究了红层砂岩的声波劣化特征以及劣化机理。研究表明:(1)随着干湿循环次数的增加,试样的质量逐渐减少、纵横波速逐渐降低,这种变化在高浓度硫酸盐溶液中更为明显,且垂直层理试样比平行层理试样更容易遭受劣化;(2)通过岩石纵波的频谱特征分析,发现Na_2SO_4溶液条件下,岩石的能量损失较NaCl溶液更显著。同种溶液中,浓度越高,岩石的能量消散越大;(3)在劣化过程中,出现了2种形式破坏:端面剥蚀和沿层理的横向断裂和纵向劈裂;(4)微观结构分析表明,水-盐作用下岩石的胶结变差,导致孔隙变大是影响红层砂岩声波劣化的主要原因。研究成果对于红层砂岩边坡长期稳定性评价具有较大的参考价值,同时,也为砂岩质文化遗产评价、保护提供科学依据。     

可溶盐对云冈石窟砂岩劣化试验及模型建立

可溶盐富集是造成山西大同云冈石窟砂岩表面风化、结构破坏及强度降低的重要地质病害之一。采取云冈石窟造像层砂岩,使用芒硝对该砂岩进行了劣化模拟试验。在可溶盐反复结晶过程中,对样品进行实时变形监测,并对循环过程中质量衰减、强度变化、孔隙分布等进行测试与分析。结果表明,可溶盐的发育是导致石窟表面粉化脱落的重要因素,严重降低了石窟文物本体的价值;可溶盐结晶导致岩石颗粒间胶结作用破坏,增大岩石孔隙率,岩石内部结构劣化严重影响岩石的刚度与强度等力学参数;对比无水芒硝与10水芒硝两种劣化试验,云冈石窟在相对干燥季节下,可溶盐晶体发育对岩石破坏更为显著。为了预测砂岩长期劣化过程,在试验数据基础上,初步建立起孔隙增长的对数模型和强度衰减的指数模型。     

土体密实状态对土-水特征曲线影响规律研究

土-水特征曲线（SWCC）是非饱和土力学中的一个重要概念。在众多影响土-水特征曲线的因素中,土体密实状态（文中用孔隙比表示）的影响最为常见并且十分重要。以毛细管模型和Childs（1950年）提出的统计学假定为基础,分析了孔隙比发生改变时土-水特征曲线上的点的变化规律,并以此为基础提出了一种以两条已知初始孔隙比的土-水特征曲线为基准,预测具有任意初始孔隙比土体的土-水特征曲线的计算方法。通过与试验结果对比,验证了该方法的合理性。由于测量土-水特征曲线比较费时,利用该方法预测具有不同孔隙比的土-水特征曲线,可减少试验测量的工作量,从而使土-水特征曲线在实际应用中更加方便、实用。     

砒砂岩化学成分特征对重力侵蚀的影响

本文以内蒙南部砒砂岩的重力侵蚀为例,研究岩石化学成分与重力侵蚀发育的主要控制因素抗剪强度的之间关系。通过对砒砂岩样品的化学成分、矿物组成、力学性质等参数的测试和试验结果,利用化学蚀变指数(CIA)阐明了岩石的风化程度,分析了岩石中不稳定的化学成分在水的作用下,对岩石的化学风化作用和岩石强度的影响。并对砒砂岩的化学成分含量与其内聚力进行两两相关分析和多元相关分析。这些对砒砂岩区基岩的重力侵蚀机理研究具有一定的参考价值。     

灰岩冻融循环的劣化规律研究

基于岩石损伤理论推导了冻融循环作用下岩石的损伤劣化模型,并采用冻融循环试验方式测试了后崴子隧道灰岩岩样冻融循环后的物理力学特征变化规律,分析了其损伤劣化规律。获得了岩样的质量、纵波波速随冻融循环呈现先增后减的趋势,单轴抗压强度持续减小,弹性模量和峰值应变逐渐增大的结果。分析获得了冻融循环作用下灰岩总损伤变量与应变的关系,冻融和载荷的共同作用会使总损伤加剧,但损伤曲线表明耦合作用也可适当缓解这一影响,且灰岩应变值趋于一致,表明影响灰岩强度极限的主要因素可以不考虑冻融循环。     

基于低场核磁共振的干湿循环对泥质砂岩微观结构劣化特性的影响

为研究岩石经历干湿循环后的细观损伤演化特征,选取三峡库区某边坡的泥质砂岩为研究对象,在饱和状态下分别对各组进行多次干湿循环试验。采用低场核磁共振技术(NMR)研究了干湿循环作用对泥质砂岩的损伤行为,结果表明:干湿循环作用下,核磁共振T_2谱图波峰信号幅度发生显著变化,T_2谱图面积、孔隙率呈现出定量的指数增长;通过核磁共振成像(MRI)发现,随着干湿循环试验的进行,岩石内部孔隙逐渐增多,孔隙尺寸增大,形成贯通的小裂隙并逐渐扩展,不同干湿循环次数作用后的MRI内部结构变化与扫描电镜(SEM)微观结构变化相似;MRI像素点的灰度值分布符合对数高斯分布,分布期望随循环次数逐渐饱和;随着循环次数增加,力学参数逐渐降低,峰值应力的降低与孔隙率的增大成正相关。     

多夹层盐矿水采沉渣空隙特征与储气能力评价

在低品位、多夹层盐矿地层中建设地下储库,利用水采溶腔（盐穴）底部不溶物沉渣空隙储气有望较大幅度扩大储气库库容,但需要开展沉渣空隙储气可行性和适用性评估。首先,采用不溶物沉渣制备大尺寸CT扫描试样,构建了沉渣空隙三维重构模型,定性分析了沉渣空隙尺寸和空隙连通性,发现沉渣空隙尺寸大且连通性好;其次,采用自主研制的盐矿水采沉渣储气试验装置,利用不溶物小颗粒和夹层垮塌大尺寸块体混合堆积样品进行注气排卤试验,测定注气排卤前后沉渣空隙率,分析了沉渣空隙率变化的原因;最后,建立沉渣空隙体积预测模型,提出了盐腔采动空间和沉渣可排卤水体积的计算公式。通过考虑盐层不溶物小颗粒连续堆积,又考虑夹层垮塌大尺寸块体无序堆积,计算了沉渣堆积体积及可排卤储气体积,计算结果与现场采卤数据吻合较好。该研究可为评价低品位、多夹层盐矿沉渣空隙储气能力提供参考。     

基于低场核磁共振的干湿循环对泥质砂岩微观结构劣化特性影响研究

为研究岩石经历干湿循环后的细观损伤演化特征,选取三峡库区某边坡的泥质砂岩为研究对象,在饱和状态下分别对各组进行多次干湿循环试验。采用低场核磁共振技术(NMR)研究了干湿循环作用对泥质砂岩的损伤行为,结果表明:干湿循环作用下,核磁共振T2谱图波峰信号幅度发生显著变化,T2谱图面积、孔隙率呈现出定量的指数增长;通过核磁共振成像(MRI)发现,随着干湿循环试验的进行,岩石内部孔隙逐渐增多,孔隙尺寸增大,形成贯通的小裂隙并逐渐扩展,不同干湿循环次数作用后的MRI内部结构变化与SEM微观结构变化相似;MRI像素点的灰度值分布符合对数高斯分布,分布期望随循环次数逐渐饱和;随着循环次数增加,力学参数逐渐降低,峰值应力的降低与孔隙率的增大成正相关。     

基于低场核磁共振的干湿循环对泥质砂岩微观结构劣化特性影响研究

为研究岩石经历干湿循环后的细观损伤演化特征,选取三峡库区某边坡的泥质砂岩为研究对象,在饱和状态下分别对各组进行多次干湿循环试验。采用低场核磁共振技术(NMR)研究了干湿循环作用对泥质砂岩的损伤行为,结果表明:干湿循环作用下,核磁共振T2谱图波峰信号幅度发生显著变化,T2谱图面积、孔隙率呈现出定量的指数增长;通过核磁共振成像(MRI)发现,随着干湿循环试验的进行,岩石内部孔隙逐渐增多,孔隙尺寸增大,形成贯通的小裂隙并逐渐扩展,不同干湿循环次数作用后的MRI内部结构变化与SEM微观结构变化相似;MRI像素点的灰度值分布符合对数高斯分布,分布期望随循环次数逐渐饱和;随着循环次数增加,力学参数逐渐降低,峰值应力的降低与孔隙率的增大成正相关。     

试论陕西省黄陵矿区洛河砂岩水水质分布规律

洛河砂岩水是黄陵矿区供水水源中的唯一水质水量合乎要求的含水层。经过对洛河砂岩水水质的分析研究,发现洛河砂岩水水质分布有一定的规律性,具体表现为：溶解性固体、Na＋含量、SO4^2-含量、Cl-含量在浅部较低,深部则有所增大;水质类型浅部为HCO3-Ca型,深部为HCO3-Na·Ca型;在动态变化上,呈现出随着开采时间的延续,溶解性固体、Na＋、SO4^2-含量逐渐变小,Ca2＋含量逐渐增大的趋势。强调在开发煤炭、石油时,一定要对洛河砂岩水加以保护。使其更好的为矿区建设服务。