考虑水化学损伤的砂岩流变损伤本构模型

通过对已有的水化学溶液腐蚀作用后红砂岩三轴蠕变试验结果的分析,可知水化学作用能够加快岩石损伤的发展,增强红砂岩的蠕变效应。根据水岩化学作用的动力学理论,将红砂岩中可溶解胶结物的流失作为水化学腐蚀作用下岩石力学性能劣化的根本原因。通过化学反应速率方程和测定浸泡过程中溶液pH值的变化,定义了考虑初始pH值和时间的化学损伤因子。考虑流变过程中的应力损伤,基于广义Kelvin模型,提出了考虑水化学作用的砂岩流变损伤本构模型。通过对水化学作用下红砂岩流变试验结果进行模拟,对该模型进行了参数辨识和验证。结果表明,所提出的模型能够较好地反映水化学作用下砂岩的流变特性,具有有效性和合理性。     

裂隙岩石单轴压缩损伤扩展细观机理CT分析初探

完成了单一裂纹的裂隙砂岩单轴压缩条件下细观损伤破坏机理CT实时试验,得到了裂纹萌生、发展、宏观裂纹形成、破坏等各阶段的CT图像、CT数和CT数方差。结果表明,与无预制裂隙的岩石试样相比,已有预制裂纹对新的裂纹的起裂位置及贯通性宏观破坏裂纹的形成具有重要影响,预制裂纹的存在导致裂隙砂岩试样的扩容量大于完整试样破坏时的扩容量。     

水化学与冻融循环共同作用下砂岩细观损伤与力学性能劣化试验研究

为研究水化学与冻融循环共同作用下岩石的细观结构损伤及力学性能劣化特征,分别对经酸性、中性和碱性水化学溶液浸泡和冻融循环处理后的砂岩进行核磁共振测试和单轴压缩试验,分析砂岩孔隙度和力学参数的变化规律,结果显示:随水化学溶液浸泡时间的增加,砂岩强度和弹性模量均有所降低,且酸性溶液下的降幅最大。随水化学溶液冻融循环次数的增加,砂岩强度和弹性模量均有明显降低,且中性溶液冻融循环下的降幅最大;水化学溶液浸泡对砂岩小孔径孔隙度分量影响不大,而水化学溶液冻融循环对其影响显著,且不同溶液下小孔径孔隙度分量增幅较接近;水化学溶液浸泡与水化学溶液冻融循环对砂岩大孔径孔隙度分量的影响均较显著,单纯浸泡下酸性溶液增幅最大,冻融循环下中性溶液增幅最大;水化学溶液冻融循环条件下砂岩小孔径孔隙细观结构以受冻胀损伤为主,大孔径孔隙则受化学腐蚀和冻胀损伤的共同作用,在孔隙度上综合表现为冻胀与腐蚀的叠加效应,且在砂岩大孔径孔隙细观结构上,酸、碱腐蚀对其与冻胀作用的叠加效应有一定抑制作用;砂岩初始裂隙体变与核磁孔隙度变化率相关性良好。     

化学腐蚀-冻融综合作用下岩石损伤蠕变特性试验研究

为探讨化学腐蚀-冻融综合作用对岩石损伤蠕变特性的影响规律,选取大东山隧道石英岩和石英砂岩开展研究。将岩石试件在不同化学溶液中经历不同冻融循环次数后,采用电镜扫描对岩石表面细观特征进行分析。并开展岩石三轴蠕变试验,分析化学腐蚀-冻融综合作用对岩石瞬时应变、蠕变应变、蠕变速率和长期强度等参数的影响规律。研究结果表明:化学腐蚀-冻融综合作用导致岩石发生损伤,岩石损伤程度随着冻融循环次数的增加而增大,化学腐蚀影响程度由大到小依次为HCl溶液、NaOH溶液和NaCl溶液;岩石各蠕变力学参数随着冻融次数和溶液环境的改变而明显变化。随着化学腐蚀-冻融作用加剧,岩石试件破裂形态有由脆性向延性转变的趋势。冻融循环和化学腐蚀对岩石损伤是相互促进的,双因素耦合作用对岩石损伤和蠕变特性影响均大于单因素的影响。     

循环载荷下饱和砂岩的疲劳损伤

通过对大庆石油饱和长石砂岩的单轴循环试验和桔红色砂岩的三轴循环破坏试验，获得了应变随时间变化曲线(类似一条常载荷的蠕变曲线)，并研究分析了岩石的模量随循环数增加而下降，衰减随循环数的增加而增大，损伤随循环数的增加而增大直至破坏的变化规律。岩石的这种损伤演化研究对增加石油的采收率和岩土工程的稳定性研究具有现实意义。     

考虑水化学损伤的砂岩流变损伤本构模型

通过对已有的水化学溶液腐蚀作用后红砂岩三轴蠕变试验结果的分析,可知水化学作用能够加快岩石损伤的发展,增强红砂岩的蠕变效应。根据水岩化学作用的动力学理论,将红砂岩中可溶解胶结物的流失作为水化学腐蚀作用下岩石力学性能劣化的根本原因。通过化学反应速率方程和测定浸泡过程中溶液p H值的变化,定义了考虑初始p H值和时间的化学损伤因子。考虑流变过程中的应力损伤,基于广义Kelvin模型,提出了考虑水化学作用的砂岩流变损伤本构模型。通过对水化学作用下红砂岩流变试验结果进行模拟,对该模型进行了参数辨识和验证。结果表明,所提出的模型能够较好地反映水化学作用下砂岩的流变特性,具有有效性和合理性。     

渗流-应力耦合作用下砂岩声发射及分形损伤特征研究

为探究渗流-应力耦合作用下岩石内部微元体的损伤演化特征,对取自某矿井的砂岩进行了三轴渗透及声发射试验。研究结果表明:砂岩的渗透率变化历经降低、动态平衡、快速增加以及略微回落四个阶段;声发射现象呈阶段性变化特征,随着围压的升高,声发射最大值越滞后;基于柱状分形理论得到的分形特征表明,分形维数逐渐降低,表明砂岩内部损伤经历了一个从无序到有序的变化趋势,分形维数突变点的出现,可作为砂岩即将失稳破坏的前兆;渗流-应力耦合作用下砂岩的损伤值呈指数型函数增加,渗透损伤Ds主要集中于屈服阶段之后,渗透损伤与总损伤的比值随围压的升高呈线性减小;应力加载是损伤产生的主要因素,渗透作用为次要因素;分形维数df与损伤D、渗透损伤Ds之间呈良好的负指数型函数关系。     

冻土初始与附加细观损伤的CT识别模型

采用冻土附加损伤的概念, 给出了冻土在受载荷作用下产生的微裂纹与CT数之间的关系, 冻土密度与CT数以及冻土内部损伤量与CT数间关系模型, 并进行了讨论. 采用干土压实饱和的方法制作了无损冻土试样, 建立了冻土初始损伤的计算模式, 用该模式计算了不同冻土试样的初始损伤, 并以饱水分层压实试样为例计算了加载过程中的微裂纹损伤.     

不同初始饱水状态红砂岩冻融损伤差异性研究

借助于红砂岩冻融循环CT扫描试验，从扫描层面内不同的感兴趣区域内CT均值数大小及其变化以及CT图像，对4种典型的不同初始饱水状态红砂岩进行冻融循环条件下损伤扩展差异性研究。研究结果表明，对于初始损伤相同的岩石，初始饱水状态将决定冻融循环对其损伤扩展的影响程度。     

基于细观损伤的混凝土破裂过程的三维数值模拟与CT试验验证

在混凝土细观损伤的CT试验基础上,以密度损伤（CT数变化）变量为基础,建立了混凝土分段损伤演化方程,以此进行了混凝土试件单轴受压的细观损伤数值模拟。并从混凝土破坏图和荷载-位移曲线图两方面比较了数值模拟结果与CT试验结果,结果表明,试件破坏时裂纹扩展过程与CT观测到的相似,实现了将细观密度损伤（CT数变化）与试件的宏观力学性能的劣化相联系,为改进试验设计提供了力学依据,并使在可靠和有效的前提下用数值方法取代部分试验成为可 能。     

化学腐蚀对黄河小浪底砂岩力学特性的影响

利用岩石细观加载仪和数字显微观测系统，进行了黄河小浪底砂岩在不同化学腐蚀下的单轴压缩破裂过程试验，探讨了不同浓度，不同pH值和不同化学溶液对岩石力学特性的影响，分析了在化学腐蚀下岩石的细观破裂行为，给出了部分砂岩荷载位移变化曲线。     

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。     

水-岩化学作用等效裂纹扩展细观力学模型

从化学腐蚀下岩石细观结构的变化出发,研究水化学溶液对岩石中裂纹的腐蚀作用。运用地球化学矿物-水反应的溶解动力学,考查水-岩反应化学溶液中不同时间段离子浓度的变化,从理论上探讨化学腐蚀下等效裂纹扩展的定量化分析方法。通过质量守恒定律计算出裂纹在迹长及隙宽方向的变化,将水化腐蚀等效成有效裂纹长度,建立了水-岩化学作用下等效裂纹扩展的计算公式并计算应力强度因子。通过对砂岩的研究结果表明,水-岩化学作用对岩石裂纹的扩展有显著影响,并且具有时间效应。同时,水化学溶液的离子浓度及pH值大小对裂纹的扩展存在影响,其中pH值的变化对岩石的断裂力学效应更加显著。当溶液的酸性越强或碱性越强,腐蚀越大,裂纹扩展越快;pH值为中性时,腐蚀作用得到较大缓解,裂纹发展缓慢。为定量研究裂隙岩体在水岩化学作用下的细观机理提供了一种新的思路。     

两种pH水环境干、湿循环作用对泥质砂岩的侵蚀研究

选取三峡库区某边坡的泥质砂岩为研究对象,分别对pH=3和pH=7溶液下干、湿循环作用的泥质砂岩进行电镜扫描试验（SEM）、4种围压下的三轴压缩试验,通过MATLAB软件处理得到不同pH值和干、湿循环次数下SEM图像的骨架面积比和分形维数。研究表明：在相同的干、湿循环次数下,pH=3酸性环境下的分形维数比pH=7的要大;分形维数与吸水率成正比例相关;与骨架面积、凝聚力成反比例相关;泥质砂岩在干、湿循环作用下的临界骨架面积比为0.55左右;提出了泥质砂岩在干、湿循环作用下的侵蚀度概念,计算并拟合了泥质砂岩的侵蚀度随干、湿循环次数变化的关系曲线;推导出凝聚力的损伤变量公式,为研究不同pH水环境对岩石的侵蚀作用提供参考依据。     

砂岩中重矿物的成因意义

砂岩形成过程中,不同的物源区、构造演化、风化剥蚀、古地貌与古气候以及古环境等多种因素都会影响其重矿物的分布,因此,研究砂岩中重矿物的分布特征,对于物源、构造演化和沉积环境的分析有着重大的意义。通过查阅文献和资料整理等方法,笔者对砂岩中重矿物组合特征、分布规律、重矿物特征指数、物化性质、含量变化等在物源分析、构造演化响应、指示沉积环境等方面的研究意义进行了综述和整理。笔者认为:复杂地质工作中,砂岩沉积物分析研究应结合其重矿物成因意义,进行总体评价和综合研究,将会得到更接近地质事实的结论。如物源分析方面除了综合考虑重矿物特征以及重矿物特征指数外,还应运用判别图解;重矿物信息的综合分析研究是反演盆地的构造活动是一种非常有效的手段;砂岩中重矿物的组合特征、分布规律和物化性质等可为反演其沉积环境提供有效的依据。     

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.     

Computed X-ray Tomography Investigation of Porosity and Permeability of the Liujiagou Formation Sandstone Exposed to CO2-Saturated Brine

In order to improve CO2 capture, utilization and storage (CCUS) to solve carbon emission, sandstone from the Triassic Liujiagou Formation (LF) from the Ordos Basin in China was investigated using permeability tests and computed X-ray tomography (CT) scanning. The presence of reactive minerals within the geological CO2 sequestration target storage formation can allow reaction with injected CO2, which changes the porosity and permeability of the LF beds, affecting storage effectiveness. To investigate the effect of chemical reactions on the pore structure and permeability of sandstone cores representing the LF CO2 storage, tests were conducted to analyze the changes in porosity and permeability of sandstone cores induced by CO2-saturated brine at different reaction times (28-day maximum reaction period). Porosity and permeability of the sandstone increased after reaction with CO2-saturated brine due to mineral dissolution. The sandstone exhibited an increase in porosity and permeability after 15 days of reaction with CO2-saturated brine. Moreover, there was an increase in the volume of large pores in the sandstone after the 28-day period. The pore network of the sandstone was established through CT results, and the porosity calculated based on the obtained pore network was close to that measured in the test, demonstrating the feasibility to use CT to study the evolution of the microstructure of sandstone after long-time exposure to CO2-saturated brine.     

伊犁盆地砂岩型铀矿同位素地质特征

本项目试图探讨砂岩型铀矿床的同位素地质特征 ,开拓同位素地质研究的新领域。对伊犁盆地砂岩型铀矿床及其蚀源区的初步研究表明 ,该区砂岩型铀矿具有期成矿作用的特点 ,成矿年龄有 82Ma、6 0Ma、11 4Ma、7 1Ma和 3 5Ma。从含矿砂体中精选出的碎屑锆石的U Pb等线年龄为 380Ma,与蚀源区花岗岩和火山岩的年龄一致 ,从而限定了含铀砂体的物源。笔者认为 ,伊犁盆地砂岩型铀矿床具有多铀源富集的特征 ,铀源主要来自沉积过程中形成的富铀砂体 ,也有部分来自蚀源区富铀岩石风化淋滤作用而释出的铀。