Characterizing the rheology of laterite slurries

The viscous behaviour of laterite slurries was characterized by measurements of shear stress at constant and changing shear rates. Steady state stresses were obtained after accounting for the settling solids: the values show that the fluids possess viscosities of order 100 mPa s and are moderately shear-thinning, for solid volume fractions from 0.06 to 0.18 and for shear rates between 10 and 1000 s⁻¹. Transient stress measurements were made for steps down in shear rate and for ramps down and up in shear rate. It was found that the Bingham–Maxwell model provides good fits to the transient data, both at low concentrations, where yield behaviour is dominant, and at high concentrations, where elasticity is dominant. For volume fractions of 0.10 or greater, relaxation times were found from step tests to be of order 10 s, but relaxation times found from the ramp tests were generally several times higher.     

石灰岩热损伤破坏机制研究

采用清华大学带扫描电镜的岛津SEM高温疲劳试验机系统,对高温作用下石灰岩在单向压缩和单向拉伸加载的细观结构进行了实时试验研究,探讨了岩石热损伤演化过程和热裂纹扩展、破坏特征,建立了岩石热裂纹生长的损伤模型,结合试验结果和利用位错、扩散蠕变的概念,分析了岩石热损伤变形的破坏机制。结果表明在500 ℃范围内的温度作用下产生的热裂纹主要为晶间裂纹。     

石灰岩细观力学特性的颗粒流模拟

岩体地区地质灾害的发生和发展取决于岩石细观组分的运动学行为。研究岩石运动学行为时通常将岩石作为整体研究对象较多,而直接以细观组分为对象的研究较少。以石灰岩为例,根据室内试验获得的岩石力学性质指标,使用基于非连续介质理论的颗粒流方法,将材料离散成刚性颗粒组成的模型,把颗粒细观变化与宏观力学特性联系起来,建立了石灰岩的细观结构模型,获得了颗粒接触力、颗粒接触模量、接触连接强度和连接刚度比等细观力学参数。由于文中直接以细观成分为研究对象、反映了岩石和岩体组成的本质特点,所得结论不仅对含裂隙岩石本构关系研究具有广阔的应用前景,而且对岩体工程性质和地质灾害机制研究也具有重要的理论意义。     

高温状态下加载速率对石灰岩力学效应研究

采用美国MTS810电液伺服材料试验机,对200 ℃高温状态下的石灰岩试件进行了5级不同加载速率下的单轴压缩试验,考察了石灰岩的全应力-应变曲线,给出了其峰值强度、峰值应变、弹性模量E随加载速率的变化特征。研究结果表明,(1) 石灰岩的峰值强度、弹性模量在加载速率v = 0.000 5～0.005 mm/s内,随加载速率增大呈急剧上升现象;当v = 0.005 0～0.5 mm/s内,随加载速率增大呈下降趋势;当v >0.5 mm/s后,呈现上升趋势。(2) 石灰岩的峰值应变在v = 0.000 5～0.005 mm/s内,随加载速率增大呈下降趋势;在v = 0.005～5.0 mm/s加载速率区段,峰值应变呈现缓慢上升现象。研究结果可为相关岩体的爆破效应及评价岩石工程的稳定性提供参考。     

石灰岩发育土壤团聚体形成机制研究

土壤团聚体是土壤最基本的结构单元。为了解岩溶地区石灰岩发育土壤团聚体的形成机制,选择贵阳市花溪区花溪水库石灰岩所发育的土壤为材料,采用干、湿筛法,分析团聚体颗粒的分级情况,并比较拆分有机质与钙镁铁铝离子间连接后四种离子含量的变化以及团聚体各粒级含量的变化。结果显示:团聚体是由细小颗粒在胶结物质有机质与钙镁铁铝离子结合下形成微团聚体,进一步形成更大粒级的团聚体,最后在分子力的作用下粘结土粒或者其他团聚体形成完整的团聚体结构;有机质与钙离子的结合是团聚体形成的主要胶结物质,其次为有机质与镁铁离子的结合,有机制与铝离子的结合作用不大,这与石灰岩矿物主要是碳酸钙有关;研究区发育土壤大粒级水稳性团聚体含量相对较高,土壤抗蚀性好,抵抗侵蚀能力强。      

振动荷载及温度对白云岩和石灰岩溶蚀影响试验研究

在岩溶地区,列车运行期间的振动会对白云岩和石灰岩的水岩作用过程产生影响,再加上复杂的外界条件,这一影响会更加显著。以桂北岩溶石山地区白云岩和石灰岩为研究对象,利用自主设计的试验装置进行室内模拟试验,分别研究振动荷载及不同温度条件对白云岩和石灰岩的溶蚀的影响规律。研究发现：①常温常压条件下,在静止的酸性溶液中,白云岩的溶蚀速率小于石灰岩;②在H⁺充足的条件下,随着温度（0~45 ℃）的升高,石灰岩和白云岩的溶蚀速率都会增大,温度变化对于白云岩溶蚀影响更为显著;③白云岩和石灰岩的溶蚀受振动条件的强烈影响,二者的溶蚀量都随着振动次数的增加而增大,且在相同振动条件下石灰岩的溶蚀速率始终大于白云岩。该研究可为桂北岩溶石山地区的工程设计和建设提供理论依据。     

高温下石灰岩和砂岩膨胀特性的试验研究

利用自行研制的高温岩石膨胀特性试验装置,对石灰岩和砂岩试件300～700 ℃高温过程中的膨胀特性进行试验研究。试验结果表明,升温过程中,石灰岩和砂岩的膨胀应力随温度的增加而增大,且砂岩膨胀速率比石灰岩大,刚到700 ℃时砂岩膨胀应力是石灰岩的2.45倍。升温过程中膨胀应力与温度曲线的拟合函数为2次抛物线,相关系数达0.94以上。恒温过程中,随时间延长2种岩石的膨胀应力缓慢增加,最后逐渐趋于稳定的数值。600 ℃高温后2种岩石膨胀均达到极限,但具体表现不同,700 ℃恒温结束时砂岩稳态膨胀应力是石灰岩的3.14倍。岩石热膨胀应力变化与其岩性、内部矿物分解、孔隙率变化、声速变化等有显著关系。     

粗粒料流变研究的现状与展望

粗粒料是土石坝的主要填料,高土石坝的流变已成为坝工专家和工程师广为关注的问题,其流变特性是研究的基础。分析了粗粒料流变研究的现状,介绍了长江科学院新取得的进展,并对粗粒料流变研究的前景提出了展望。     

熔体的形态与分布特征对岩石流变的影响

熔体的形态与分布研究表明,在静态条件下,熔融程度比较低时,熔体主要分布于三个矿物颗粒之间,形成三角形状熔体结构,熔体二面角在0°~60°;熔融程度比较高时,熔体沿多个颗粒边界形成孤立的三角形或四边形结构,熔体三联点的二面角接近60°或大于60°。在动态条件下,在部分或全部矿物颗粒边界出现熔体薄膜,把熔体三角形连通,形成局部熔体网络,熔体三联点的二面角接近0°。如果熔体呈孤立的三角形或四边形结构时,熔体对岩石流变的影响比较小:当熔体含量小于2%~3%,熔体对岩石流变基本没有影响;只有熔体含量接近或超过3%~5%,熔体对流变强度的弱化作用才出现,当熔体含量达到10%时,流变强度弱化增加3倍左右。如果矿物颗粒边界出现熔体薄膜,微量熔体(小于1%)就对岩石流变强度有显著的弱化作用。流变实验表明,在颗粒边界含有小于1%的熔体时,熔体对流变强度的弱化达到4倍,当颗粒边界含有3%的熔体时,这种弱化作用达到10倍。     

鄂尔多斯盆地太原组致密灰岩天然气成藏地质特征与勘探潜力

2021年鄂尔多斯盆地榆探*H在太原组灰岩完钻喜获日产超50万m³的高产工业气流,勘探取得重大突破,同时还有700余口探井在太原组灰岩见到明显的含气显示,展示了盆地太原组灰岩良好的潜力,对于重新认识盆地太原组灰岩勘探领域具有极其重大的地质意义。对该区烃源岩特征、沉积环境、储集特征及成藏组合等进行综合研究表明：(1)太原组灰岩为陆表海碳酸盐沉积,发育生屑滩、生物丘有利沉积相带,沉积大面积分布的生屑粉晶灰岩、藻黏结灰岩,经准同生期短暂的大气淡水淋滤后,可形成有利储层;(2)太原组灰岩发育多类型储集空间,溶孔、亚微米级及纳米级晶间微孔、微裂缝等叠置组合发育,构成立体网络储集空间,平面上,横山—靖边—志丹生屑粉晶灰岩储层发育,厚4～10 m,佳县—子洲—清涧地区藻黏结灰岩储层发育,厚2～6 m;(3)发育“三明治”成藏模式,灰岩储层夹在主力煤系烃源岩之间,生成的天然气通过断裂、裂缝进入灰岩储层聚集,形成岩性气藏,横山—靖边地区的生屑滩和子洲—清涧的生物丘是太原组灰岩有利勘探区,面积约为1.5万km²,有望形成天然气增储上产的现实领域。     

一个用于面板坝流变分析的堆石流变模型

在前人工作的基础上, 从宏观上建立了一个用于面板坝流变分析的堆石流变模型: 堆石的瞬时弹塑性变形由椭圆-抛物双屈服面模型确定,并计入时间效应, 由双曲线函数经验公式计算堆石与时间有关的粘塑性变形。通过现场实测结果的反分析验证了模型的可靠性。     

生物纳米FeS包覆层对灰岩中和能力的影响

本文采用硫酸盐还原菌(SRB)和嗜酸铁还原菌(JF-5)合成纳米FeS,并将其包覆在灰岩表面,采用溶解动力学实验研究了不同纳米FeS包覆层对灰岩溶解和中和能力的影响。结果表明,X射线衍射表面包覆层矿物为纳米的四方硫铁矿,光电子能谱(XPS)结果进一步显示包覆层中Fe的价态为+2,S的价态为-2;包覆层对灰岩的溶解有明显的钝化影响,中和能力随厚度的增加而降低,最厚包覆层的存在能够使最终中和p H值降低1.5个单位。利用Frick第一定律推导了包覆层存在下灰岩的溶解过程公式,建立了包覆层溶解动态模型。     

微细矿物颗粒表面水化膜研究现状及进展综述

微细矿物颗粒表面水化膜对其在水溶液中的分散与聚团具有重要影响。本文主要介绍了水化膜的形成机理及其对溶液中微细矿物颗粒分散与聚团的影响。并且分析了水化膜厚度及强度测量、水化作用力以及水化膜破解的研究现状。最后展望了水化膜研究在煤泥水微细颗粒聚团沉降方面的应用前景。     

Temperature,fluid content and rheology of localized ductile shear zones in subsolidus cooling plutons

Temperature and fluid content are critical parameters that control rock rheology and strain localization in the continental crust. Here, we determine by thermodynamic modelling the of localized ductile shearing during cooling of three different granitoid plutons: the Rieserferner and the Adamello plutons in the Italian Alps, and the Lake Edison pluton in the Sierra Nevada—USA. Shear zones exploited precursor joints, associated veins and alteration zones. and P−T phase diagram sections were computed with Perple_X in the system MnO−Na₂O−CaO −K₂O−FeO−MgO−Al₂O₃−SiO₂−H₂O−Fe₂O₃. The phase diagram sections show that the nucleation of the brittle precursors (joints, veins) occurred at T» 450°C at fluid-saturated conditions. Localized ductile shearing likely occurred at temperature ranging between 420 and 460°C evolving from initially fluid-saturated to fluid-undersaturated conditions in a closed system. In this temperature range, granitoid rocks are potentially subject to a series of retrograde metamorphic reactions replacing the load-bearing feldspars with weaker phyllosilicates. Metamorphic reactions occurred in spatial association with the precursory structures, leading to localized shearing. Decreasing temperature and fluid-undersaturated conditions likely hampered progressive strain accommodation in shear zones by slowing down metamorphic reactions, thermally activated dislocation creep processes, fluid-mediated deformation mechanisms and weakening mechanisms. Polyphase granitoid ultramylonite and mylonitic quartz veins have been affected differently by the fluid-undersaturated conditions of the system, as consequence of different dominant deformation mechanisms and syn-kinematic paragenesis during localized shearing. Localized ductile shearing in cooling plutons effectively occurs in a limited temperature range (420–460°C) in which the strain accommodation capacity of the shear zone is controlled by the negative feedback between the cooling rate, the kinetics of metamorphic reactions and deformation mechanisms, and the consumption of the limited amount of available fluids.     

深埋藏条件下鲕粒灰岩的热水交代实验研究

在相对静岩压力40 MPa、地温150℃(大体相当于4 000 m深埋条件)、用时15 d的条件下,对灰色中厚层状鲕粒灰岩进行深埋藏热水交代白云化实验研究。结果表明:反应前后岩石的结构发生了轻微变化,尾液中的主要化学成分Ca2+浓度从0 mg/L增加到337 mg/L,Mg2+浓度从过饱和溶液降低到2 830 mg/L。电子探针分析结果表明,固体样CaO含量由61.000%降为60.830%,而MgO则由0.296%升到0.350%。可见,参与实验的固、液样品反应前后主量元素Ca、Mg有一定的变化。但根据样品的宏观观察、镜下鉴定、扫描电镜及X衍射图谱的综合对比,认为在该实验条件下,尚未产生明显的白云化现象。     

基于应力-应变曲线的礁灰岩脆性特征评价EI北大核心CSCD

脆性是岩石类材料的重要性质。针对南海某岛礁在某深度范围内的珊瑚格架灰岩、砾块灰岩、砾屑灰岩及砂屑灰岩的钻孔芯样,开展室内物理性质测试及压缩试验。研究表明,礁灰岩的物理力学性质与其沉积组构和成岩作用密切相关;基于峰后应力降的相对大小和绝对速率的脆性指标计算方法能够反映礁灰岩的破坏特征;围压对礁灰岩的脆性指标影响显著,随着围压的增大,试样的脆性指标呈现趋势性降低;单轴压缩条件下,低孔隙率的砂屑灰岩脆性指标与水泥砂浆类似,同时高于格架灰岩及砾块灰岩;随着孔隙率的增大,砂屑灰岩和砾屑灰岩的脆性指标减小,饱和单轴抗压强度也与孔隙率呈负相关关系。     

白云岩和石灰岩山区石漠化速度差异原因分析

石漠化主要形成在由白云岩和石灰岩组成的碳酸盐岩分布区。白云岩石漠化的发生率较石灰岩低。主要原因是白云岩与石灰岩相比,总体特征是风化颜色深、矿物颗粒粗且分布不均匀、硬度大容易破碎、孔隙并口裂隙发育、表面粗糙。白云岩的这些特征有利于物理风化成壤,有利于保存土壤和植被生活,石漠化的发生率就相对较低。     

生物纳米FeS强化灰岩去除酸矿废水中砷的研究

通过两种还原型微生物铁还原菌JF-5和硫酸盐还原菌SRB对模拟酸矿废水中Fe~(3+)和SO~(2-)_4的还原作用合成纳米FeS,并将该生物纳米FeS包覆在灰岩表面,以提高灰岩可渗透反应墙(PRBs)对酸矿废水中砷的去除能力。通过批吸附实验研究As(Ⅴ)的静态吸附机理,柱实验研究As(Ⅴ)在包覆灰岩柱中的动态吸附和迁移,结果表明,包覆层生物FeS粒径为纳米级,并呈现一定晶形,能有效提高灰岩表面的比表面积和对As(Ⅴ)的吸附能力,红外光谱分析表明化学吸附为主要吸附机制;生物纳米FeS包覆灰岩静态吸附实验最大吸附量为187.46μg/g,达到纯灰岩吸附量(6.64μg/g)的30倍;JF-5和SRB形成的生物包覆吸附性质优于SRB和Fe(Ⅱ),二者对As(Ⅴ)的吸附能力都远大于纯灰岩对As(Ⅴ)的滞留能力。     

石灰土发育过程中土壤腐殖质组成及其与土壤钙赋存形态关系

选取桂林典型石灰土不同发育阶段土样(黑色石灰土、棕色石灰土、黄色石灰土),对土壤中腐殖质组成、土壤钙的形态及其含量进行测定。结果显示:(1)石灰土发育过程中,黑色石灰土、棕色石灰土、黄色石灰土总碳量分别为230.15mg/g、37.49mg/g、17.94mg/g,胡敏酸所占比例分别为31.94%、9.44%、7.25%,富啡酸所占比例为1.04%、36.14%、66.16%,胡敏素为67.02%、54.41%、26.59%;(2)黑色石灰土、棕色石灰土、黄色石灰土中土壤钙全量分别为21486.66mg/kg、6913.33mg/kg、5540.17mg/kg,且三种土壤中均是酸溶态所占比例最高,分别为57.58%、74.69%、80.83%,其次为可还原态、残渣态和可氧化态;(3)相关性分析表明,土壤钙及其各形态均与土壤有机碳总量、胡敏酸、胡敏素成正相关关系,与富啡酸成负相关关系,土壤腐殖质组成及其含量在很大程度上影响着土壤钙含量及赋存形态。      

华南中二叠统眼球状石灰岩特征及成因的思考

眼球状石灰岩是华南地区中二叠统常见的一种碳酸盐岩岩石类型,由“眼球”和“眼皮”组成,广泛分布于中二叠统栖霞组下部和茅口组中下部。关于眼球状石灰岩特征和成因的研究,已经取得了较为丰富的成果,笔者对这些成果进行了评述:对眼球状石灰岩的分布特征、岩石学特征及地球化学特征进行了总结;对其各种成因观点进行了讨论。在此基础上,阐述了眼球状石灰岩特征研究存在的争议,指出了下一步研究应关注的方面,尤其是在微观特征及地球化学特征方面,同时认为眼球状石灰岩的石油地质意义应该引起足够的重视。