酸性環(huán)境下粉砂質泥巖宏細觀損傷特性研究.pdf

1、廣泛存在的腐蝕性環(huán)境水對與其接觸的巖體具有物理、化學及力學的各方面作用，化學腐蝕所引起的巖體力學性質的逐漸劣化問題是邊坡、壩基、危巖、石質文物保護、核廢料處理等眾多與腐蝕性環(huán)境水相關的巖石工程的基礎性研究課題之一，是評價與估算巖體工程設計壽命與使用年限的根本問題，具有重要的科學意義與應用價值。
　　本文選取酸性水化學溶液腐蝕下粉砂質泥巖的宏細觀損傷特性為研究對象，開展了一系列酸性溶液腐蝕下的巖石宏細觀試驗，分析了受腐蝕粉砂質泥巖的

2、化學損傷機理、力學特性劣化規(guī)律;掌握了三軸壓縮作用下受腐蝕粉砂質泥巖內部破裂過程，揭示了三軸壓縮和化學溶液作用下粉砂質泥巖內部細觀損傷擴展機理;建立了基于腐蝕損傷變量的粉砂質泥巖蠕變損傷模型。主要研究工作與認識如下:
　　(1)綜合利用水化學分析、多元統(tǒng)計分析和水文地球化學模擬相結合的方法，對浸泡過程中化學溶液的水化學特征及水化學成分的形成原因進行了系統(tǒng)分析研究。解釋酸性環(huán)境下粉砂質泥巖的化學損傷機制。不同pH值酸性溶液腐蝕作用下

3、，酸性化學溶液對粉砂質泥巖的腐蝕作用主要機理包括: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制。pH＜3的化學溶液作用下粉砂質泥巖溶蝕化學作用顯著，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，酸性水化學溶液對粉砂質泥巖的腐蝕損傷作用在一定時間后會逐步趨于一種平衡狀態(tài)。
　　(2)通過X衍射、電鏡

4、掃描以及能譜分析等微觀試驗手段，對巖石微觀形貌、礦物成分等進行了定性及半定量研究，結果表明酸性水化學溶液腐蝕作用下粉砂質泥巖的微觀結構發(fā)生了改變，粉砂質泥巖次生裂隙、孔洞增加、結構發(fā)生破壞。pH值越小，腐蝕效應越顯著。酸性水化學溶液腐蝕作用下，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，逐步演變?yōu)樗缮⒌亩嗫捉Y構。
　　(3)通過粉砂質泥巖在不同pH值酸性溶液腐蝕后的常規(guī)三軸壓縮

5、試驗，分析了受腐蝕粉砂質泥巖在不同圍壓下的強度和變形特征，探討了酸性水化學腐蝕下粉砂質泥巖強度和變形參數(shù)的變化規(guī)律，初步解釋了酸性化學溶液作用下粉砂質泥巖力學特性劣化的規(guī)律和機理。試驗表明:受酸性溶液腐蝕后，粉砂質泥巖的強度參數(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，對粉砂質泥巖力學參數(shù)劣化程度越大。
　　(4)通過不同pH值酸性水化學溶液腐蝕下粉砂質泥巖試樣的三軸CT實時掃描試驗，獲得了受腐蝕巖石三軸壓縮過程中內部

6、各層面微裂紋起裂、擴展及貫通破壞全過程的實時圖像，分析了微裂紋擴展過程及破壞模式，解釋了三軸壓縮作用下受腐蝕巖石內部破裂過程及力學特征，揭示了三軸壓縮作用下受腐蝕粉砂質泥巖內部細觀損傷擴展機理。
　　(5)完成了不同pH酸性水化學溶液腐蝕后的粉砂質泥巖單軸壓縮蠕變試驗，獲得了腐蝕作用對粉砂質泥巖蠕變特性的影響效應與規(guī)律。研究表明，pH小于3的酸性水化學溶液對粉砂質泥巖的蠕變特性影響較為明顯。利用分數(shù)階微積分的數(shù)學抽象描述優(yōu)勢，借鑒