酸性環(huán)境下粉砂質(zhì)泥巖宏細(xì)觀損傷特性研究.pdf

1、廣泛存在的腐蝕性環(huán)境水對(duì)與其接觸的巖體具有物理、化學(xué)及力學(xué)的各方面作用，化學(xué)腐蝕所引起的巖體力學(xué)性質(zhì)的逐漸劣化問(wèn)題是邊坡、壩基、危巖、石質(zhì)文物保護(hù)、核廢料處理等眾多與腐蝕性環(huán)境水相關(guān)的巖石工程的基礎(chǔ)性研究課題之一，是評(píng)價(jià)與估算巖體工程設(shè)計(jì)壽命與使用年限的根本問(wèn)題，具有重要的科學(xué)意義與應(yīng)用價(jià)值。
　　本文選取酸性水化學(xué)溶液腐蝕下粉砂質(zhì)泥巖的宏細(xì)觀損傷特性為研究對(duì)象，開(kāi)展了一系列酸性溶液腐蝕下的巖石宏細(xì)觀試驗(yàn)，分析了受腐蝕粉砂質(zhì)泥巖的

2、化學(xué)損傷機(jī)理、力學(xué)特性劣化規(guī)律;掌握了三軸壓縮作用下受腐蝕粉砂質(zhì)泥巖內(nèi)部破裂過(guò)程，揭示了三軸壓縮和化學(xué)溶液作用下粉砂質(zhì)泥巖內(nèi)部細(xì)觀損傷擴(kuò)展機(jī)理;建立了基于腐蝕損傷變量的粉砂質(zhì)泥巖蠕變損傷模型。主要研究工作與認(rèn)識(shí)如下:
　　(1)綜合利用水化學(xué)分析、多元統(tǒng)計(jì)分析和水文地球化學(xué)模擬相結(jié)合的方法，對(duì)浸泡過(guò)程中化學(xué)溶液的水化學(xué)特征及水化學(xué)成分的形成原因進(jìn)行了系統(tǒng)分析研究。解釋酸性環(huán)境下粉砂質(zhì)泥巖的化學(xué)損傷機(jī)制。不同pH值酸性溶液腐蝕作用下

3、，酸性化學(xué)溶液對(duì)粉砂質(zhì)泥巖的腐蝕作用主要機(jī)理包括:礦物的溶蝕作用、水解作用、水化作用、離子交換作用、黏土礦物吸水膨脹作用與崩解機(jī)制。pH＜3的化學(xué)溶液作用下粉砂質(zhì)泥巖溶蝕化學(xué)作用顯著，隨著pH值增大，溶蝕作用減緩，以水解作用、水化作用、離子交換作用、黏土礦物吸水膨脹作用與崩解機(jī)制為主的水巖作用。在有限空間且較為封閉的環(huán)境條件下，酸性水化學(xué)溶液對(duì)粉砂質(zhì)泥巖的腐蝕損傷作用在一定時(shí)間后會(huì)逐步趨于一種平衡狀態(tài)。
　　(2)通過(guò)X衍射、電鏡

4、掃描以及能譜分析等微觀試驗(yàn)手段，對(duì)巖石微觀形貌、礦物成分等進(jìn)行了定性及半定量研究，結(jié)果表明酸性水化學(xué)溶液腐蝕作用下粉砂質(zhì)泥巖的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，粉砂質(zhì)泥巖次生裂隙、孔洞增加、結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。pH值越小，腐蝕效應(yīng)越顯著。酸性水化學(xué)溶液腐蝕作用下，礦物顆粒間的連接方式逐步發(fā)生改變，呈面-面、邊-面、角-邊接觸等形式，孔隙均勻分布，且連通性增強(qiáng)，逐步演變?yōu)樗缮⒌亩嗫捉Y(jié)構(gòu)。
　　(3)通過(guò)粉砂質(zhì)泥巖在不同pH值酸性溶液腐蝕后的常規(guī)三軸壓縮

5、試驗(yàn)，分析了受腐蝕粉砂質(zhì)泥巖在不同圍壓下的強(qiáng)度和變形特征，探討了酸性水化學(xué)腐蝕下粉砂質(zhì)泥巖強(qiáng)度和變形參數(shù)的變化規(guī)律，初步解釋了酸性化學(xué)溶液作用下粉砂質(zhì)泥巖力學(xué)特性劣化的規(guī)律和機(jī)理。試驗(yàn)表明:受酸性溶液腐蝕后，粉砂質(zhì)泥巖的強(qiáng)度參數(shù)c、ψ值及彈性模量均有不同程度的下降，且溶液酸性越強(qiáng)，對(duì)粉砂質(zhì)泥巖力學(xué)參數(shù)劣化程度越大。
　　(4)通過(guò)不同pH值酸性水化學(xué)溶液腐蝕下粉砂質(zhì)泥巖試樣的三軸CT實(shí)時(shí)掃描試驗(yàn)，獲得了受腐蝕巖石三軸壓縮過(guò)程中內(nèi)部

6、各層面微裂紋起裂、擴(kuò)展及貫通破壞全過(guò)程的實(shí)時(shí)圖像，分析了微裂紋擴(kuò)展過(guò)程及破壞模式，解釋了三軸壓縮作用下受腐蝕巖石內(nèi)部破裂過(guò)程及力學(xué)特征，揭示了三軸壓縮作用下受腐蝕粉砂質(zhì)泥巖內(nèi)部細(xì)觀損傷擴(kuò)展機(jī)理。
　　(5)完成了不同pH酸性水化學(xué)溶液腐蝕后的粉砂質(zhì)泥巖單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)，獲得了腐蝕作用對(duì)粉砂質(zhì)泥巖蠕變特性的影響效應(yīng)與規(guī)律。研究表明，pH小于3的酸性水化學(xué)溶液對(duì)粉砂質(zhì)泥巖的蠕變特性影響較為明顯。利用分?jǐn)?shù)階微積分的數(shù)學(xué)抽象描述優(yōu)勢(shì)，借鑒