酸碱环境干湿循环作用下砂岩抗剪强度劣化规律研究

为研究酸碱环境中砂岩在干湿循环作用下抗剪强度的劣化规律,在浸泡溶液p H值分别为7,9,4的环境中,对砂岩试件进行次数为1,3,6,10次的干湿循环试验。通过不同循环次数后的单轴和三轴试验,计算得到每个阶段循环后砂岩的黏聚力和内摩擦角及其与干湿循环次数N的变化关系式,从而获得砂岩在不同p H值干湿循环作用下抗剪强度随循环次数的变化公式。结果表明,砂岩的抗剪强度随着循环次数的增加而降低,在干湿循环作用前期,受影响较为显著,抗剪强度降幅很大,而后,强度降幅相对较小;酸性环境下,砂岩抗剪强度劣化最为严重,碱性次之,中性最轻;干湿循环后的干燥试件抗剪强度劣化幅度远不如湿状态下的劣化幅度。     

干湿循环作用下砂岩溶蚀的孔隙度演化规律

针对干湿循环作用下岩石劣化机理的复杂性,以砂岩为研究对象,通过对砂岩浸泡溶液离子浓度的测试,定量反分析砂岩矿物的溶解,得到砂岩孔隙度的演化规律,分析干湿循环作用下砂岩的劣化机制。结果表明:浸泡溶液中Ca~(2+)的生成速率比K~+、Na~+、SiO_2高一个数量级,Fe~(2+)的生成速率最低。每阶段循环后,方解石的体积减少量最多,其次是钾长石和钠长石,黑云母和石英的体积减少量最小。干湿循环作用后,微小的孔隙度变化,会导致抗压强度的大幅度降低,各阶段孔隙度变化值与劣化度成正相关。干湿循环侵蚀后,砂岩各种矿物的溶解流失,使得自身胶结物量减少,孔隙度增大,产生各种空洞与微裂缝,最终反映为强度的降低,是为干湿循环导致砂岩劣化的重要原因。     

干湿循环与化学溶蚀作用下玄武岩传质-劣化过程的试验研究

库区消落带岩体受持续干湿循环作用,导致岩体风化加剧,力学性质随之劣化。以玄武岩为研究对象,分别开展pH=3,7,11溶液条件下的干湿循环试验,探讨溶液pH值及循环次数作用下玄武岩单轴抗压强度的劣化规律。通过溶液化学成分检测,分析3种pH条件下的水岩传质过程。基于玄武岩溶解动力学机制,研究非平衡态与平衡态时的强度劣化与传质过程。研究结果表明:3种溶液环境下试件单轴抗压强度均随循环次数的增加而降低,不同pH溶液环境中,其劣化效应在前期存在显著差异,酸性劣化程度最大,中性次之,碱性最弱,这种差异性在后期逐渐减小,最终3种溶液环境下的劣化程度相当;酸、碱溶液中的水岩化学反应经历了从非平衡态到平衡态的转变,中性溶液中的水岩化学反应始终处于非平衡态;不同pH值溶液中的非平衡态反应过程一致,玄武岩中元素释放顺序为:Ca,Al,Si,平衡态反应过程中Al在固相表面发生沉淀与置换,沉淀将抑制Si元素的释放,而置换将促进Si元素的释放;中性溶液中的岩石强度劣化程度受控于非平衡态的全等溶解反应,酸性与碱性溶液中,岩石强度劣化在前期受到Al沉淀形成速度的影响,后期受到Al置换作用影响。研究成果可为合理评价玄武岩库岸边坡长期稳定性提供科学依据。     

酸性环境干湿循环作用对泥质砂岩力学参数的劣化研究

针对降雨和库水位升降对库岸边坡消落带岩体力学参数的劣化问题,选取泥质砂岩进行不同p H水环境干湿循环作用下的单轴与三轴压缩试验,结合室内试验结果,应用广义Hoek–Brown准则求得不同地质强度指标评分(GSI)下岩体的单轴抗压强度、弹性模量、材料常数和黏聚力。研究表明:破碎程度越大的泥质砂岩受浸泡的溶液酸性越强、干湿循环次数越多,其力学参数劣化程度就越高;在同一个GSI评分下,泥质砂岩各个力学参数随p H值和干湿循环次数n的劣化效应排序有所差异,综合劣化效应最大为弹性模量,累积劣化效应最明显为黏聚力,其劣化系数与浸泡溶液的p H值、干湿循环次数的对数ln(n)成线性相关。基于上述研究提出了泥质砂岩力学参数与p H值、干湿循环次数n的三维劣化方程,为酸性环境干湿循环作用下现场岩体力学参数的获取以及边坡稳定性寿命的预测提供了理论依据。     

不同溶液及干湿循环作用下砂岩宏细观损伤效应试验与模型研究

云冈石窟在降雨的反复作用下处于干湿循环的状态，其力学性质受到不同程度的劣化，将直接影响到石窟区砂岩的强度变形。以砂岩为研究对象，设计并进行不同溶液及干湿循环试验，建立宏观损伤统计本构模型，并结合SEM扫描电镜对细观结构损伤进行研究。研究表明：砂岩在干湿循环作用下，酸性环境对砂岩的劣化作用相对于中性环境更大；干湿循环初期发生劈裂破坏，后期逐渐演变为劈裂破坏和剪切破坏的结合；微观结构上均遭到一定程度的破坏，但酸性环境更明显。此研究为不同环境干湿循环作用下砂岩类文物的保护修复指导工作提供了理论依据，对于深入认识云冈石窟劣化损伤机理具有十分重要的意义。     

冻融循环下钙质砂岩力学特性及其损伤劣化机制的试验研究

通过室内试验的方法,研究了水化学溶液和冻融耦合作用下砂岩的损伤劣化机制和物理力学特性。对浸泡在不同的化学溶液条件下的砂岩分别开展冻融循环试验研究,并对不同冻融循环次数下砂岩的物理力学特性进行量测。研究发现:不同水化学溶液和冻融循环耦合作用下,砂岩试样损伤劣化模式不同,2种主要模式为颗粒剥落、片落模式和裂纹模式。强酸性环境下(pH=3.0),砂岩物理力学特性的冻融循环损伤劣化程度最大,强碱性环境(pH=12.0)次之;在中性至弱碱性环境下,其冻融损伤劣化程度虽然有一定的缓解,但仍随着循环次数的增加而不断加剧。Na_2SO_4溶液的浓度越大,砂岩试样冻融系数的降低速率越大;0.01 mol/L NaHCO_3 pH=9.0下砂岩试样的冻融循环劣化程度相对0.01 mol/LNa_2SO_4 pH=9.0下小;岩石的冻融损伤劣化与其所处的水化学环境密切相关,水化学溶液对砂岩有一定的化学腐蚀作用,水化学溶液与冻融循环的耦合作用对岩石的损伤劣化是相互促进的,共同影响着砂岩的损伤劣化程度。     

新型铝硅酸盐胶凝材料的研究——激发剂对粉煤灰基铝硅酸盐胶凝材料强度性能的影响

本文研究激发剂种类及浓度对粉煤灰基铝硅酸盐胶凝材料强度性能的影响。结果表明,在纯粉煤灰中加NaOH和KOH溶液,试样强度较低,28d强度在3MPa左右。Na2SiO3溶液浓度增加试样强度增大,浓度为5M时效果最好,其中试样14d和28d强度分别为3.3MPa和9.4MPa。K2SiO3浓度增加,试样强度呈现先增后减,在K2SiO3浓度为2M时,强度达最大值,14d和28d强度分别达10.3MPa和28.8MPa。各浓度的K2SiO3溶液的效果远好于Na2SiO3溶液。两种溶液复合时,如10M NaOH∶2M K2SiO3=0.5∶1和10M KOH∶2M K2SiO3=0.5∶1两种配比起到良好的激发效果,其中后者的14d、28d强度分别达9.6MPa、18.1MPa。     

贵阳市乌当区地下热水水文地球化学过程研究

根据贵阳市乌当区地下热水的相关化学组成,对该区热水的水文地球化学过程进行了研究。研究表明,热水中Ca2+、SO42-、偏硅酸和氟的含量比较高,各离子含量受地层岩性中相关矿物溶解作用的控制,水温的增加有利于大部分矿物水-岩作用的进行。Ca2+来源于方解石、白云石及石膏的溶解;SO42-除石膏溶解外,部分来源于深部H2S气体的氧化;Na+与岩盐溶解和钠长石的水解作用有关;氟主要来自萤石矿物的溶解,同时碳酸盐矿物沉淀作用促使萤石溶解;硅来源于石英和玉髓等矿物的溶解,锶的浓度主要受菱锶矿和天青石矿物溶解的控制。     

酸性水化学溶液侵蚀下不同矿物成分含量灰岩溶解特性及力学特性研究

以灰岩、方解石为研究对象,配置不同酸性水化学溶液,对酸性水化学溶液侵蚀下灰岩、方解石试件进行溶解动力学试验及力学试验,获得水化学溶液侵蚀过程中灰岩、方解石试件溶解行为及抗压强度的变化规律,研究不同矿物成分含量对灰岩溶解特性及强度损伤特性的影响。试验结果表明:(1)浸泡灰岩、方解石试件水化学溶液中离子浓度随着浸泡时间的增加呈幂函数上升趋势,试件在酸性水化学溶液中的溶解过程分为酸岩反应、水解反应两个阶段;(2)在酸性水化学溶液侵蚀过程中,灰岩试件酸岩反应速率小于方解石试件,但其水解反应速率大于方解石试件,最终灰岩溶蚀破坏程度大于方解石;(3)酸性水化学溶液侵蚀下灰岩、方解石试件的力学损伤规律与其溶解动力学行为之间呈现良好的相关性,灰岩、方解石试件单轴抗压强度随着浸泡时间的增加呈幂函数下降趋势,酸岩反应阶段,灰岩强度损伤程度低于方解石,水解反应阶段,其强度损伤程度高于方解石。     

龙游石窟砂岩风化特征研究

风化是龙游石窟保护和向游人开放参观时所面临的主要病害和急待解决的问题.在对浙江省龙游石窟砂岩岩矿分析、泥质胶结物中黏土矿物和地表、洞室渗水分析研究的基础上,模拟石窟客观环境条件,对石窟砂岩在盐溶液中反复浸泡,进行加速风化试验.其试验研究方法是,设置NaCl,Na2SO4饱和溶液和蒸馏水作为对比试验的浸泡液,将石窟砂岩试样在浸泡液中进行反复浸泡-干燥循环试验,每次试样干燥后测定其弹性波速.试验研究表明:Na2SO4,NaCl等可溶盐的参与,大大加速砂岩的风化速度;在洞室的渗水中所含,等离子的浓度越高,加速砂岩风化速度的作用越明显;较加速砂岩风化的作用更大.     

单裂隙花岗岩在应力–渗流–化学耦合作用下的试验研究

 通过开展单裂隙花岗岩在恒定三轴应力及化学溶液渗透压作用下的试验,对单裂隙岩石在应力–渗流–化学耦合环境下的综合响应机制进行研究。结果表明,单裂隙花岗岩在同时承受三轴压缩荷载及渗透压作用时,其侧向蠕变变形一直以稳定速率增加,显示水对裂隙面的物理软化效果,不同于完整岩石的扩容机制;应力作用下渗流溶液与裂隙表面矿物发生明显的溶解反应,其中反映硅铝酸岩矿物溶解的Al3+及SiO2浓度随时间递增,硅铝摩尔浓度比下降。扫描电镜下观察到长石、石英表面溶蚀孔洞及云母溶解后的不完整解理;随着裂隙接触面上水岩相互作用,水力开度发生变化。酸性溶液渗流情况下的水力开度降低,直至稳定;而蒸馏水渗流情况下的水力开度先增加直至稳定。造成此种不同变化规律是水岩化学反应及水力通道贯通两种因素的相互竞争的结果。对裂隙表面三维激光扫描表明,反应后裂隙面的JRC明显降低,表面趋于平缓化,表明应力作用下的溶解反应优先发展于矿物颗粒接触面。     

酸性干湿循环对泥质砂岩强度特性劣化影响研究

 为了研究酸性干湿循环对泥质砂岩强度特性劣化的影响,以重庆三峡地区某边坡的泥质砂岩为研究对象,对不同酸性(pH = 3)干湿循环次数n(0,1,5,10,15,20)作用的泥质砂岩试件进行室内单轴、三轴压缩试验及电镜扫描观察,并借助离散元软件PFC2D对三轴压缩试验峰值强度状态时试件的颗粒接触、裂纹分布进行模拟。研究发现,泥质砂岩的单轴抗压强度?、弹性模量E、黏聚力c、内摩擦角?和三轴抗压强度?′都随n的增加而降低。n = 1时?,E,c和?的阶段劣化度最大,酸性干湿循环作用对c的劣化影响要大于对?的劣化影响。泥质砂岩微细观形态随n的增加大致经历整齐致密、多孔团絮和开裂紊流3个阶段。此外,在三轴压缩试验峰值强度时,n的增加对泥质砂岩试件颗粒接触网络,微裂纹的发育、试件破坏模式等都影响显著。     

Variation on physico-mechanical properties of Kota stone under different watery environments

The physico-mechanical properties of rocks play an important role in planning and designing of civil constructional works. These properties are adversely affected by acidic and alkaline environments, where they are exposed for a longer time. The natural forces and agents of weathering have degrading effect on the appearance and structural soundness of Kota stone. These agents include rain, temperature, wind and atmospheric pollutants. Weathering agents almost never work individually or in isolation, they always act in combination with one another or with other agents of deterioration.

The durability of building stones is primarily judged by its reactivity with acidic and basic water of different pH values. The conditions are very obvious in any of the large scale construction and use of building stone like sandstones and Kota stones. During the mining of carbonate hosted mineral deposits, the interaction of ground water with ore minerals affect the surrounding environment and rock types. This may cause problem in exploitation of minerals and may cause failure of slope or pillars. To avoid such problems, the prior study of effect of ground water charged with ions released from ore minerals on carbonate rock is important.

In this paper, an attempt has been made to see the variation in the physico-mechanical properties of Kota stone under different watery environment. In the present study, the NX size cylindrical cores were prepared with the help of diamond core drilling machine as per ISRM standard. For each mechanical property, eight samples were prepared and tested. The prepared samples were put into the oven for 24 h at 104 °C to eliminate the moisture present and later submerged in to the water having different pH values ranging from nearly 0.89–12 for 24 h under stirring mode till it gets full saturation at room temperature. The study reveals that there is prominent change in strength properties under acidic and alkaline environments. Rock is considered as a neutral substance so at pH 7, Kota stone shows maximum strength due to non-reactive nature of the solution. Majority of rock mass is not neutral but some of the rock mass shows very minor changes in its strength. The chemical composition of the rock mass dominates the reaction process when it is submerged in varying pH solution.     

钾长石选矿技术研究进展

本文阐述了钾长石的矿物学特征,综述了近年来钾长石选矿技术的研究进展情况。指出今后在弱酸性、中性和碱性工艺、新型高效组合捕收剂、特效抑制剂等方面的研究是钾长石矿选矿重点研究方向。     

侵蚀环境与荷载耦合作用下钢筋混凝土梁斜截面承载力试验

通过室内模拟试验,研究混合侵蚀溶液、冻融循环与持续荷载耦合作用下,钢筋混凝土梁斜截面承载力和刚度退化、斜截面破坏形态等规律。试验结果表明,预加载比例对侵蚀和冻融环境下钢筋混凝土梁斜截面承载力影响明显,梁的刚度和延性退化程度与箍筋锈蚀和剪压区混凝土劣化有关。最后,给出混合侵蚀、冻融与持续荷载耦合作用下钢筋混凝土梁斜截面承载力计算方法。