岩石张拉裂缝与充填胶结裂隙的相互作用

工程开挖扰动、卸荷和水力破岩产生的工程裂缝与先存裂隙的相互作用在岩石工程中十分普遍,建立适用于工程裂缝遇先存裂隙的扩展准则是解释工程裂缝扩展机制和研究岩体弱面剪切滑移的关键。采用两种不同强度的混凝土充填材料模拟强、弱胶结的先存裂隙,在只考虑准静态张拉应力作用下,依据半圆三点弯法测定了充填胶结型岩石的Ⅰ型静态断裂韧度;通过分析工程裂缝扩展轨迹,获得了临界启裂角与应力逼近角的关系;进一步探讨了工程裂缝与先存裂隙的相互作用扩展模式与判别准则。结果表明：张拉应力作用下工程裂缝与先存裂隙的相互作用受应力逼近角、启裂逼近距离和充填物胶结强度的共同影响;充填胶结砂岩的静态断裂韧度随应力逼近角增大先增大后减小;启裂逼近距离较大时,断裂韧度随应力逼近角变化不大,而启裂逼近距离较小时,断裂韧度随应力逼近角增大呈现先增大后减小的规律;应力逼近角影响充填胶结岩石的断裂韧度,但影响程度不如启裂逼近距离和充填物胶结强度,且存在一个极限影响距离。即使在张拉应力作用下,岩石材料的裂隙前端同样存在剪切局部化,因此,工程裂缝是否穿过先存裂隙取决于应力逼近角、启裂逼近距离和充填物胶结强度共同作用下裂隙面的抗剪强度和先存裂隙...     

化学腐蚀下节理花岗岩法向刚度演变规律试验研究

通过开展侧限条件下完整试样及不吻合节理试样法向荷载压缩试验,研究了节理花岗岩法向应力及法向闭合的变化特征,揭示了不同化学溶液酸碱值pH(1、3、7、12)和不同腐蚀时间t(10、30、100 d)条件下含不同初始开度b的节理试样法向刚度演变规律。试验结果表明：不吻合节理试样的应力随应变变化特征不同于完整试样及吻合节理试样,由于节理表面微凸体的崩解,在应力-应变曲线整体增长过程中产生了局部应力降现象。不吻合节理法向闭合曲线呈现非线性的特点,法向位移增加速率随法向应力先增大后减小;相同法向应力下,试样法向位移及节理闭合速率随初始开度的增大而变大。通过引入经典节理闭合模型,分析得出节理试样法向刚度同时受初始开度、pH值及腐蚀天数的影响,其中受初始开度的大小影响最为明显。当pH=1、t=10 d时,法向位移从1～3 mm,b=1.65 mm的试样法向应力较b=3.4 mm的试样提高46.26%～149.46%;节理法向应力及刚度随着酸性溶液pH值的减小而减小;随腐蚀时间增加,不同化学溶液下的部分节理法向刚度先减小后增大。     

基于3D打印的裂隙岩体力学特性尺寸效应及各向异性初探

裂隙岩体力学参数的尺寸效应和各向异性是岩石力学与工程领域亟待解决的难点问题。充分利用3D砂型打印技术快速成型、可批量制备复杂内部结构岩体模型的优势,以石英砂和呋喃树脂为打印基材,制备不同尺寸和旋转角的裂隙网络类岩石试件。通过单轴压缩试验研究裂隙网络岩体力学特性的尺寸效应,揭示裂隙密度与强度之间的相关性,分析表征单元体尺度岩体力学特性的各向异性。结果表明：3D砂型打印试件的力学性能与真实岩体相似,应力-应变曲线可划分为初始压密、弹性变形、裂纹萌生与扩展和峰后破坏4个阶段。试件抗压强度与试件边长之间呈指数衰减关系,存在显著尺寸效应性质。裂隙密度与抗压强度之间呈显著的负指数关系,基于裂隙密度与抗压强度确定的岩体表征单元体尺度具有良好的一致性。裂隙岩体的破坏模式和抗压强度具有显著的各向异性特征。研究方法从3D打印角度为复杂裂隙岩体尺寸效应及各向异性的室内试验研究提供了可靠途径。     

真三轴循环主应力作用下砂岩能量演化规律

为了探究真三轴主应力循环加卸载对砂岩能量积聚与耗散的影响,利用自主研发的真三轴扰动卸荷岩石测试系统进行了3个主应力循环加卸载试验。基于真三轴循环加卸载应力-应变演化规律与加卸载特征,划分了主应力循环加卸载试验中加载、卸载的种类;通过对三向主应力循环加卸载过后岩体表面裂纹对比分析,发现最小主应循环对岩体产生损伤最大,中间主应力次之,最大主应产生损伤最小;利用图形面积积分法与叠加法分别计算了真三轴循环加卸载的弹性能密度、耗散能密度与输入能密度,分析了三者随主应力次数增加的演化规律与加卸载过程中的能量分配;利用真三轴同时加卸载试验,验证了上述提出的能量分析方法的合理性与准确性,对其3个主应力方向卸载释放弹性能密度分析,发现循环加卸载产生的损伤对岩体储存弹性能密度影响较小。对比了3个主应力卸载对砂岩损伤与能量耗散的影响,对巷道掘进方向进行了进一步讨论。     

新疆东部莫钦乌拉山尤尔敦蛇绿混杂岩主要特征及构造意义

莫钦乌拉山尤尔敦蛇绿混杂岩位于天山山脉东北部莫钦乌拉山,该区构造上为东准噶尔卡拉麦里构造带的向东延伸。通过野外地质调查、地球化学和年代学研究,初步查明尤尔敦蛇绿混杂岩基质与外来岩块的主要特征。基岩岩石化学特征表明,洋岩石圈残片形成于弧相关盆地,获得洋壳辉长岩锆石U-Pb年龄为（411.5±2.7）Ma。结合前人资料和区域地质特征,认为尤尔敦蛇绿混杂岩所代表的洋盆是卡拉麦里有限洋盆的向东延伸,形成于早—中泥盆世,晚泥盆世开始俯冲消减,于石炭世晚期闭合。     

蒙古—鄂霍次克洋早侏罗世构造演化：来自大兴安岭北段新立屯地区花岗岩的证据

大兴安岭地区显生宙花岗岩极其发育,本文选择大兴安岭北段新立屯地区花岗岩进行了系统的锆石U-Pb同位素年代学和地球化学研究,对比了大兴安岭北段晚中生代花岗岩的地球化学特征,旨在查明其成岩时代和岩石成因,并探讨其构造意义。锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素定年结果显示,中细粒二长花岗岩和中细粒花岗闪长岩的成岩年龄分别为(187.2±2.3) Ma和(192.4±1.6) Ma,成岩时代为早侏罗世。岩石地球化学结果显示,新立屯地区早侏罗世花岗岩具有富硅、高碱、富钾、贫镁、低磷、低钛和较低的^TFeO/MgO比值等特征,富集轻稀土元素、亏损重稀土元素,富集Rb、Ba、Th、K等大离子亲石元素,亏损Ta、Nb、P、Ti元素,负铕异常不明显,P₂O₅和Al₂O₃含量随SiO₂的增加而降低,显示出中等分异I型花岗岩的特征。岩石学及地球化学特征表明,其岩浆来源于壳幔混合源区。结合区域构造演化及构造判别,认为研究区早侏罗花岗岩形成于同碰撞火山弧花岗岩构造背景,与蒙古—鄂霍...     

东昆仑东段早泥盆世“A”型花岗岩的确定——来自乌兰东地区都南哑合黑云母花岗岩锆石U-Pb年代学、元素地球化学证据

都南哑合岩体位于东昆仑东段乌兰东呼德生地区,通过对岩体锆石U-Pb定年和岩石地球化学进行研究,分析该岩体成因及构造背景。结果表明：都南哑合岩体主要为黑云母花岗岩,锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为(413.3±2.1) Ma,岩体结晶年龄为早泥盆世;岩石属准铝质-过铝质高钾钙碱性系列,具高硅,SiO₂=71.13%～74.67%、富碱,Na₂O+K₂O=8.3%～9.26%,低铝,Al₂O₃=12.28%～13.56%、贫钛,0.15%～0.31%、贫镁,0.22%～0.34%及富钾特征。K₂O/Na₂O=0.69～1.64,平均1.36;稀土元素分布曲线呈强负铕,δEu=0.18～0.42,平均0.26,异常轻稀土富集的右倾型;富集大离子亲石元素Rb,K和高场强元素Th,La,Ce,Nd。Ba相对亏损,Sr强亏损;明显亏损高场强元素P,Ti,弱富集Nb,Ta,Sm,Zr,Hf,Y,Yb...     

川东北元坝西部须家河组二段优质储层展布特征研究

川东北元坝地区须家河组二段致密砂岩气资源潜力巨大,但储量探明率低、测试效果差异大,主要原因之一是致密砂岩储层非均质性强、优质储层分布规律不清。本文充分利用测录井、岩心及相关分析化验等资料,在分砂组刻画沉积微相展布的基础上,开展了须二段沉积演化过程、储层特征及其分布研究。结果表明：（1）元坝西部须二段经历了辫状河三角洲-滨浅湖-辫状河三角洲演化过程,沉积控制了砂体规模、粒度和矿物成分的空间变化;（2）须二段砂岩类型多样,整体致密,为低孔、低渗储层;储层物性与砂岩粒度,长石、石英和方解石胶结物含量等因素密切相关,这些因素主要受沉积和后期成岩作用控制;（3）须二段发育块状中粒长石岩屑砂岩和交错层理中粒石英砂岩两类有利岩石相,前者自西北向东南逐渐减薄、呈条带状展布,后者呈不连续土豆状,主体分布于西南部地区。     

松潘-甘孜地块中西部晚三叠纪花岗岩体成因及其构造意义

通过岩相学、锆石U-Pb年代学、岩石地球化学和Lu-Hf同位素等多种手段,系统对比松潘-甘孜地块巴颜喀拉山南口地区和中部达日地区的花岗质岩体岩石学和地球化学特征,拟查明其岩石成因、岩浆源区和基底属性。巴颜喀拉山南口和达日地区花岗质岩石岩浆锆石U-Pb年龄为(212.0±2.2)Ma和(213.3±1.7)Ma、(217.0±1.9)Ma和(215.4±6.4)Ma。主量、微量元素研究表明,前者属于高钾钙碱性过铝质I型花岗闪长岩,而后者属于钾玄岩和高钾钙碱性、过铝质S型石英二长岩和花岗岩。巴颜喀拉山南口和达日地区花岗质岩石微量元素特征表现均为富集Rb、Th、U等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta等高场强元素,且具有轻微的Zr、Hf负异常,但前者Nb、Ta等元素亏损程度明显高于后者,Eu异常也更为明显。巴颜喀拉山南口和达日地区花岗质岩石均为轻稀土富集型的稀土元素配分模式,但达日地区样品轻、重稀土含量均高于巴颜喀拉山样品。锆石Hf同位素数据显示,巴颜喀拉山地区花岗质岩石ε_Hf(t)值为-3.62～2.92,平均值为-0.54,锆石Hf二阶段模式年龄为1.07～1.48 Ga...     

华北克拉通南缘大庄铌-稀土矿床地质、地球化学和Sr、Nd、Pb同位素特征

碱性岩型铌-稀土矿床是重要的铌-稀土矿资源类型。河南省方城县大庄铌-稀土矿位于华北克拉通南缘,是近年来新发现的一例赋存于霞石正长岩中的,具有中型规模的碱性岩型矿床。大庄矿区内共圈定17个NW—SE向带状展布的,呈囊状、不规则状、透镜状产出的铌-稀土矿体。铌-稀土矿石主要赋存于角闪霞石正长岩和黑云母正长岩中。矿石矿物主要为烧绿石、氟碳铈镧矿、褐钇铌矿和富铌榍石等。矿石的结构主要有斑状结构、他形粒状结构、半自形粒状结构、包含结构、交代结构、共生结构、伟晶结构等。矿石构造分为块状、脉状和片麻状构造等。热液蚀变包括萤石化、绢云母化、绿帘石化和绿泥石化等。碱性岩样品具有低SiO₂、富碱、高铝的特征,稀土元素总量较高,轻重稀土分异明显,具有明显的负Eu异常,富集Nb、Ta、Th、U、Zr、Hf等高场强元素,明显亏损Ba、Sr、P、Ti等元素。碱性岩全岩(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i=0.68158～0.71090,ε_Nd(t)=―1.11～―0.37,两阶段模式年龄(t_DM2