水-岩化学作用的岩石宏观力学效应的试验研究

为了研究水－岩化学作用对岩石的宏观力学效应，在常温常压，不同循环流速条件下，对不同化学性质的水化学溶液作用下的花岗岩，红砂岩和灰岩进行了单轴抗压强度试验，取得了时效性的定量结果。结果表明：水化学作用后；3种岩石的强度均出现了不同程度的下降。分析发现：（1）水溶液对岩石的力学效应与水－岩化学作用密切相关；（2）岩石的化学损伤与水－岩化学反应强度成正比；（3）水－岩化学作用对岩石的力学效应具有很强的时间效应；（4）影响岩石化学损伤的主要因素有；岩石的物理性质和矿物成分，水溶液的化学性质，岩石的结构或物质成分空间分布的非均匀性，水溶液通过岩石的流动速率和岩石的成因及演化历史等5个因素。     

水-岩土反应的力学与环境效应研究

 博士学位论文摘要　水2岩土反应对岩土的力学效应方面的研究。涉及力学、物理和化学三方面, 也即为地球化学与岩土力学两个研究领域的交叉。总的来说, 水2岩土反应的力学效应, 是相当复杂的, 是一个值得开拓的新研究领域。鉴于此, 本文结合国家自然科学基金项目“受力岩体渗透、水化学作用导致破坏的机理”和“珠江三角洲软粘土的结构性研究及其工程应用”, 主要开展了下列研究工作, 获得了一些成果和认识, 也提出了许多问题, 其主要目的乃至意义是开拓工程地质学及环境地质灾害学的理论、方法研究的新思路。(1) 为了研究自然界中水2岩反应对岩石的宏观力学效应, 在常温常压、不同循环流速条件下, 对不同化学性质的水化学溶液作用下的花岗岩、砂岩和灰岩进行了单轴抗压强度试验;(2) 较系统地开展了水2岩反应之岩石断裂力学效应的试验, 在常温常压、不同循环条件下, 对不同水化学溶液化学作用下不同岩石(两种花岗岩和两种砂岩) 的K Ic值和COD 断裂力学指标及抗压缩指标的历时效应进行了研究;(3) 基于上述的试验及分析, 对水2岩反应的力学效应的机理及定量方法进行了较系统的探讨;(4) 研究了非饱和土中的广义吸力2湿吸力和结构吸力, 探讨了非饱和土有效应力原理和强度理论;(5) 对水2土反应的物理力学效应做了一次尝试性试验, 探讨了水2土反应之土力学效应的机理;(6) 探讨了水2岩土反应环境力学效应的研究思路、研究方法及其应用。通过上述的研究, 得到了如下主要成果和认识:11 分析了水2岩土反应力学效应的研究意义、研究特点及研究方法, 全面地提出要重视此领域的研究, 并展望: 水2岩土的化学作用对岩土力学性质的影响, 是岩土力学中亟待开拓的研究领域, 此方面的研究及其应用将直接导致地质灾害研究领域中新认识的出现, 并在地质灾害机理、防法研究和环境地质研究等方面具有广泛的应用前景。21 通过分析水化学作用的岩石宏观力学效应的特点及机理, 发现:①岩石的化学损伤与水2岩化学反应强度成正比;②水2岩化学作用对岩石的力学效应具有很强的时间依赖性;③影响岩石化学损伤的主要因素有: 岩石的物理性质和矿物成分、水溶液的化学性质、岩石的结构成物质成分空间分布的不均匀性、水溶液通过岩石的流动速率和岩石的成因及演化历史五个因素。31 水2岩反应之断裂力学效应试验的结果及分析表明:①水2岩反应的断裂力学效应是显著的, 具有历时效应, 而且不同的水化学溶液、不同的岩性、不同的浸泡方式及不同的水溶液流动速率, 对岩石断裂力学指标及尖全比的影响存在着很大差异;②水2岩反应的断裂力学效应和抗压缩性效应存在一致性;③水2岩反应强度高的力学效应比反应强度低的要大, 红色砂岩的> 灰色砂岩的> 花岗岩的;④岩石中的含铁离子或钙离子的矿物及胶结物成分是水2岩化学作用力学效应的一些关键离子或物质成分, 尤其是含铁离子的矿物的作用对水2岩反应具有正反两方向的力学效应。41 认为渗透、水化学综合作用对岩体裂隙扩展、变形和破坏的力学效应及其机理方向的问题的研究和解决, 是真正关系到岩体断裂力学应用于岩石力学的关键问题之一。在试验中, 提出了化学损伤和断裂力学效应的尖全比概念, 试验证实了尖全比的存在性, 对其进行了分析, 并认为对尖全比的理论研究具有重要的理论与实际意义。51 由水2岩反应力学效应的试验结果, 可得出如下一般性结论:①水化学作用造成岩石的损伤是存在的具是相当严重的, 仅从力学原理或有效应力原理来考虑水对岩石的力学效应是远远不够的, 而应考虑水2岩化学作用对岩石的化学损伤这样复杂的过程;　②水2岩化学作用之力学效应的历时效应的特点意味着, 水2岩反应是一个动力系统, 研究岩石的化学损伤时不仅要分析水2岩反应的力学效应的现状及未来的变化, 而且要清楚其发展历史。61 认为水2岩反应力学效应是不同尺度之间的多重耦合和相互作围, 是一种非线性动态过程, 其机理很复杂。本文对其进行了较系统地分析及探讨, 首次提出并运用考虑化学损伤的断裂力学理论方法分析了水2岩反应的力学效应, 初步提出了化学破坏模型及定量方法研究途径。71 在非饱和土力学研究中, 提出并阐述了湿吸力的概念, 分析了非饱和土的孔隙水压力或基质吸力与由于表面张力而产生的土颗粒之间的湿吸力的定量关系及其根本区别, 探讨了湿吸力的变化规律及其主要的影响因素。认为结构吸力象湿吸力一样也是随含水状态及水溶液化学性质的改变而变化, 并由此提出了可变结构吸力和本征结构吸力的概念, 探讨了可变结构吸力的性状。基于щукнн的土结构强度理论, 分析了可变结构吸力的计算方法, 讨论了可变结构吸力的测试方法。研究表明: 对可变结构吸力除受土含水状态或饱和状态的影响外, 还受土颗粒几何结构的影响; 结构吸力结构参数N 与湿吸力结构参数D 存在内在联系。81 指出在研究非饱和土的有效应力时, 要研究的是随饱和状态而变化的湿吸力和可变结构吸力, 而且必须对湿吸力和可变结构吸力分别进行研究, 然后将其综合成广义吸力及广义有效应力, 形成非饱和土广义有效应力原理。91 指出并分析了现有有效应力公式、原理及强度理论中所存在的概念问题。分别基于湿吸力和可变结构吸力概念, 分析并给出了狭义有效应力公式, 建议了非饱和土的状态分类及相应的狭义有效应力原理。给出了B ishop 有效应力公式中经验参数X的表达式并明确解释了X 的物理意义、适用范围及影响因素。基于广义吸力, 提出了全新的非饱和土广义有效应力公式和广义有效应力原理。探讨了非饱和土的抗剪强度理论, 分析了A 1w 1B ishop 和D1G1F redlund 的非饱和土抗剪强度理论的主要问题。在广义吸力及广义有效应力基础上, 给出了非饱和土的广义抗剪强度公式, 其附加强度项中的状态变量及参数物理意义明确。101 研究表明土的结构及广义吸力不仅随着其受力的过程而变化, 而且随着水2土化学反应过程及其物理化学成分的变化而变化, 因此, 提出: 非饱和土变形理论的研究, 首先应采用细观土力学方法, 然后上升到宏观及应用。111 概述了土的组织和土体的组构以及水2土化学作用力学效应的重要性。通过土与水溶液反应后的力学效应的不同特征的分析, 探讨了水2土反应的正的力学效应和负的力学效应的机理。试验结果表明, 士在不同水溶液或不同浸泡状态下, 其水2土化学反应后的液限和塑限有不同的值, 存在着正负两个方向的力学效应。对水2土反应的力学效应的机理进行了分析, 认为具有力学效应的水化学作用主要有: 溶蚀作用、沉淀或结晶作用和阳离子交替吸附作用三种, 并分别对其进行了探讨。此试验结果及分析的意义在于, 使我们认识到可以通过水与土的化学反应达到调控土的物理力学性质, 以改良土质, 防治环境地质灾害的目的。121 认为化学对岩土力学的渗透, 将丰富岩土力学的研究内容, 使岩土力学的研究与应用更加贴近实际。将水2岩土化学作用与地质灾害等岩土体稳定性联系起来, 强调此方面是环境地质研究中一个值得开拓的新研究领域, 认为水2岩土反应的力学效应及环境力学效应存在正负西方面的效应, 在重视研究其负效应的同时, 还要强调正效应对环境力学及地质灾害的重要性。遵循此思路, 对于环境力学及地质灾害与防治研究, 提出并探讨了这样一个研究思路:①地质环境监测中要加强水2岩土化学反应方面的信息监测及追踪研究;②通过调整地下水流动系统来改变水2岩土反应;⑤利用水2岩土化学作用来改良土质及岩体力学性质;④可以而且应该更多地通过分析水2岩土化学作用的过程, 综合利用地质环境中水2土相互作用的规律来达到预防、控制和治理地质灾害。本文全面地提出, 要重视此领域的研究。     

贵州含钾岩石释钾作用和供钾潜力研究

本文对贵州有关含钾岩石（水云母粘土岩、页岩、粉砂岩和火山凝灰岩（绿豆岩）进行了释钾作用和供钾潜力的研究，结果表明，不同含钾岩石的释钾能力和供钾潜力有显著差别，讨论了影响含钾岩石供钾潜力的因素。据此，并根据土壤学的研究成果，指出寻找、勘查、研究开发供钾潜力高的含钾岩石直接应用于农业的重要意义。     

软岩在饱水过程中水溶液化学成分变化规律研究

针对广东地区重大工程中几种典型软岩的基本类型和特点，设计了一系列软岩饱水软化试验。通过选取华南地区“红层”——粉砂质泥岩和泥质粉砂岩两种代表性软岩，在天然状态、饱水1，3，6和12个月时，研究水溶液pH值和阴离子及阳离子浓度的变化，探讨不同类型软岩在不同饱水时间后，水溶液的pH值和化学成分的动．态变化规律。结果表明，软岩在饱水过程中，水溶液的pH值将逐渐减小，由弱碱性向酸性过渡，这些变化率为2％～46％。同时，着重指出：饱水3个月时，是水．岩化学作用的临界时间转折点，即3个月之前，阳离子及阴离子的化学交换与吸附作用活跃，反应中离子的浓度是下降的：3个月之后，该作用逐渐减弱，离子的浓度呈现出回升渐趋稳定或稳定的趋势。软岩与水化学反应中离子浓度的变化一般服从两种曲线类型，即指数曲线和动力学稳定方程(反应．扩散方程)曲线。其动力学过程无论服从哪一种规律，最后终将趋向稳定态。此外，对于这两类软岩，其F^-，Mn^2 ，Al^3 ，Fe^3 ，Zn^2 等离子在试验过程中基本保持稳定值，表明岩块与水的化学作用过程中基本没有该类离子的参与。     

砂岩蠕变特性的水物理化学作用效应试验研究

 针对干燥、饱水以及不同离子浓度和酸碱度水溶液循环流动作用至水–岩反应平衡后的砂岩试件,完成一系列单轴压缩蠕变试验。根据试验结果,通过对不同应力水平下干燥砂岩和饱水砂岩的应变–时间关系、瞬时应变、蠕变应变及蠕变速率的比较分析,揭示饱水砂岩蠕变特性的水物理作用效应与机制。在此基础上,分别针对砂岩在酸碱度相同而离子浓度不同以及酸碱度不同而离子浓度相同这两类流动水溶液作用后,其应变–时间关系、瞬时应变、蠕变应变及蠕变速率的差异性开展系统研究,获得砂岩蠕变特性的水溶液离子浓度影响效应和酸碱度影响效应,进而探讨其水物理化学作用机制。研究结果表明,饱水砂岩蠕变性质比干燥砂岩明显;上述不同流动水溶液作用后的砂岩蠕变特性又比干燥、饱水砂岩显著;饱水砂岩蠕变特性主要存在水物理作用效应;而不同流动水溶液作用后砂岩的蠕变特性则兼具水物理作用效应和水化学作用效应;砂岩蠕变的水溶液离子浓度作用效应呈现出离子浓度越高则蠕变特性越显著的特点。研究成果对于岩石流变力学及水–岩相互作用领域的理论与应用研究,具有良好的启示与借鉴意义。     

皖南红层软岩崩解特性试验分析

采用皖南地区3种红层软岩开展了室内“饱水-干燥” 循环(湿-干循环)条件下的崩解试验。研究了不同湿-干循环次数下岩石的崩解现象和特征;分析崩解物的颗粒粒径分布随湿-干循环次数的变化规律;对浸泡岩样的水溶液离子浓度进行测试,同时对经历不同湿-干循环次数的岩样开展扫描电镜(SEM)试验;探讨软岩的崩解机理,比较分析不同岩石崩解特性的差异。试验结果表明:3种岩样的耐崩解能力大小依次为岩屑砂岩、钙质细砂岩、砂质泥岩;随着湿-干循环次数增加,砂质泥岩和钙质细砂岩耐崩解指数逐渐下降,岩屑砂岩的耐崩解指数基本不变;浸泡水溶液中Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等离子浓度随着湿-干循环次数增大有不同程度的变化,水-岩化学作用的剧烈程度与崩解性之间存在一定的对应关系;湿-干循环对不崩解的砂岩的微观形貌影响不大,而易崩解的砂岩容易形成裂缝或者颗粒剥落。不同岩石崩解性的差别与所含矿物成分及含量密切相关,也与岩石结构特征有关,颗粒粒径小且填隙物胶结强度低的岩石更容易崩解。     

压缩荷载下饱和硬岩软化特性与机制研究

环境中的水与岩石的相互作用易导致岩石物理力学性能劣化，即岩石水软化现象。目前，饱和硬岩的水软化特性研究尚不完善，明确各种水岩作用机制的存在条件和作用程度仍是一项挑战性的任务。以不同矿物成分和微结构的典型硬岩（宝兴大理岩、锦屏大理岩、灰岩）为研究对象，进行干燥、饱和状态下3种硬岩的单轴压缩试验和声发射试验，分析硬岩压缩强度、弹性模量、破裂形态等力学特性和声发射波形信号主频统计特征，并探讨了水岩作用机制之孔隙水压力的存在条件和作用程度。结果表明：硬岩饱和后，单轴抗压强度和弹性模量均减小，张拉裂纹和张拉破坏面增多。硬岩破坏的声发射信号表现为明显的、与岩石类型和含水状态无关的双主频特征。硬岩饱和后，声发射高主频带波形信号明显减少，低主频带波形信号显著增加。孔隙水压力是3种饱和硬岩性能劣化的主导因素，其作用强弱与声发射低主频信号多少存在对应关系，且取决于岩石的矿物成分和孔隙结构。     

贵州富钾水云母粘土岩释钾作用的初步实验研究

本对贵州富钾水云母粘土岩在不同ｐＨ的弱酸性水系统中进行了释钾作用的初步模拟试验。实验结果表明，在此种水系统中，富钾水云母粘土岩的钾的释放量较高，为１５００￣３２００μｇ／ｇ（岩粉），且钾的溶解释放量随ｐＨ的降低而升高；不同粘土岩的释钾能力的次序与其含钾矿物有关，即水白云母〉伊利石〉高岭石粘土。为此类富钾岩石的直接农业利用提供了初步的实验依据。     

水–岩化学作用对砂岩力学特性影响的三维离散元分析

水–岩化学作用下岩石发生力学性质劣化，其重要原因是岩石胶结物在水溶液中发生不同程度的溶解。在合理假设的基础上，提出一种改进的离散元三维胶结接触模型，在胶结尺寸相关的离散元接触模型中引入易溶解胶结比例和与水化程度相关的胶结宽度系数，来考虑水溶液对随机分布的易溶解胶结物的溶解作用。将该模型植入离散元进行砂岩的常规和水化后微观参数的标定，对不同水化程度砂岩的单轴和三轴压缩试验进行数值模拟，得到应力–应变曲线以及微观信息，并从宏微观角度分析水化作用对力学特性的影响。模拟结果表明：水化砂岩压缩试验中，以胶结的拉剪和拉弯破坏为主，且水化作用对拉破坏胶结数影响非常大，对压弯破坏影响很小。随着水化程度的加剧，岩石表面宏观裂纹数量增多，有由一条贯穿裂缝向多条裂缝发展的变化趋势；岩石的储能极限大幅降低，颗粒弹性能与胶结弹性能的储能极限和增速有不同程度的下降，胶结弹性能的储能极限有下降到一定程度后趋于稳定的趋势；随着易溶胶结占比的提高，水化岩石的峰值强度和弹性模量对胶结宽度的敏感性提高，当该占比为50%时岩石强度不到完好岩石的1/3，力学性能大幅下降。     

矿物成分对抛光岩石表面摩擦特性影响的试验研究

在对 8 种岩石矿物成分 XRD 分析和使用三维白光干涉仪对其抛光表面进行表面形貌表征的基础上,在自行设计的试验装置上,对自然、饱水和干燥状态下 8 种岩石试块的摩擦系数进行了试验研究。试验结果表明：抛光岩石表面的摩擦系数和其矿物成分相关。在多矿物组成成分的硅酸盐岩中,饱水与自然状态时的摩擦系数增加幅度大于干燥和自然状态时摩擦系数减小的幅度。在多矿物组成成分的碳酸盐岩中,饱水与自然状态时的摩擦系数增加幅度小于干燥和自然状态时摩擦系数减小的幅度。在 3 种不同状态下单矿物岩石的摩擦系数比多矿物岩石的摩擦系数变化幅度大。     

岩石水化学损伤的机理及量化方法探讨

提出了化学损伤概念，分别运用化学成分分析理论、能量观点、考虑化学操作的破坏力学方法，分析了岩石水化学损伤机理，并探讨了其定量方法。采用水－岩反应的大模式与小模式理论，解释了自然界中岩体的剧烈变形及破坏往往发生在暴雨或人类工程活动时的原因。探讨了岩石水化学损伤定量方法的研究途径，提出并分析了岩石水化学损伤的层次分区性。重点讨论了考虑化学损伤的破坏力学方法，认为此方法可以解释并定量分析水－岩反应的力学效应。     

水岩化学作用对砂岩力学特性影响的试验研究

为研究水岩化学作用对砂岩力学特性的影响,将桃源水电站的红砂岩加工成标准圆柱形试样,对其进行不同化学溶液作用下的腐蚀试验,获得红砂岩化学腐蚀过程中相对质量变化规律,同时测量记录各化学溶液pH值。利用岩石三轴测试系统对各种化学溶液浸泡后的红砂岩进行三轴压缩试验,探讨不同的化学溶液对红砂岩力学特性的腐蚀效应,获得水化学溶液对红砂岩强度和变形特性的影响规律。结果表明,试样质量的变化和化学溶液性质有关,试样相对质量变化存在明显差异。pH=13的化学溶液pH值随时间的增长有小幅度下降,其余化学溶液pH值随时间增长均趋于弱碱性(pH≈7.9)。根据溶液pH值的变化、试样相对质量的变化,分析化学溶液对岩石的腐蚀程度。三轴压缩试验结果表明,不同化学溶液对红砂岩力学性质的影响不同。离子成分及pH值均对红砂岩力学特性产生较大影响,各种化学溶液腐蚀后岩石的峰值强度、残余强度、弹性模量均有不同程度的下降。室内试验的结果可为构建红砂岩化学腐蚀条件下本构模型提供重要的试验资料。     

两种岩石材料表面剥落特征及形成机制差异性的研究

 针对两种不同岩性的岩石材料——灰色中粒黏土质长石砂岩和微晶白云石大理岩,通过表面回弹测试、X射线衍射、扫描电镜等测试手段,对材料表面常见的一种破坏现象——剥落的形成机制及其对岩石表面力学性能影响的基本规律进行分析。研究结果表明：表面剥落对岩石材料表面力学性能影响极大,不同岩性岩石材料和不同剥落形式表面力学性能的改变存在较大的差异性,其中黏土质砂岩表面片状和鳞片状剥落、微晶白云石大理岩表面鳞片状剥落比微晶白云石大理岩表面粒状剥落对表面力学性能的影响更大,这主要是由不同岩性岩石的矿物成分和结构特点上的差异性导致的。     

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。     

含双缺口北山花岗岩的热力耦合断裂特性试验研究

 通过带加载SEM高温试验系统对含双预制缺口北山花岗岩进行原位观察热力耦合破坏试验研究。研究表明,北山花岗岩的矿物成分及花岗岩矿物颗粒粒径差异较大,这些矿物具有不同的热学和力学性质(或硬度),这将大大影响花岗岩的破坏机制及断裂韧性,热开裂、力诱发微裂纹的萌生、扩展和贯通等受到热力耦合机制的综合影响,并且这些机制反过来也将影响其他的机制,如渗流场及化学场的变化。对于北山花岗岩I型断裂而言,裂纹的扩展主要受到与其垂直方向拉应力的影响,但试件较大的原生缺陷和较大矿物颗粒对花岗岩的断裂路径影响不容忽视。特别是随着温度的变化,花岗岩的断裂机制将发生变化,低温以沿颗粒(沿晶)断裂为主,而高温以沿颗粒(沿晶)和穿颗粒(穿晶)耦合断裂机制为主。试验表明,75 ℃之前花岗岩的平均断裂韧性约为4.728 MPa•mm1/2,而75 ℃之后的平均断裂韧性为3.048 MPa•mm1/2,前后断裂韧性降低了35%左右,这主要是因为温度的升高直接导致热开裂增多,且矿物颗粒之间的胶结作用明显减弱,这逐渐影响了花岗岩的断裂韧性,进而将影响其渗流场和化学场,可见高放核废料储库设计中温度的影响不容忽视。     

三点弯曲下热处理北山花岗岩的断裂特性研究

针对我国未来高放核废料地质处置等重大工程实际需要,开展热处理后岩石的断裂破坏行为研究具有重要意义。以我国未来可能的核废料储库选址地北山花岗岩为研究对象,通过带加载SEM高温试验系统对经过热处理后的花岗岩进行三点弯曲破坏试验,在25 ℃～100 ℃范围内,北山花岗岩以脆性破坏为主。在低应力作用下,裂纹扩展主要受到应力集中及多种矿物力学行为及它们之间的黏结力作用大小的影响,最终裂纹的萌生主要发生在矿物颗粒之间较弱的胶结面上,裂纹初始扩展角主要由这些矿物颗粒之间夹角来决定,因此裂纹初始扩展角通常与水平面有个夹角;随着荷载继续增加后,裂纹会逐渐沿着水平方向扩展,这个主要方向的矿物承受了最大的弯曲拉应力,而岩石的抗拉强度通常很低。室温到100 ℃的范围内,花岗岩平均断裂韧性几乎不发生变化,稍微的波动可认为是花岗岩的非均值性所造成的。通过数字散斑相关计算方法实现岩石细观尺度变形全场测量。测量结果表明,各个矿物颗粒表面发生较为复杂的变形,多个矿物颗粒界面两边发生完全相反方向的位移,这表明界面两边颗粒受到拉应力作用。尽管在初始阶段,变形主要发生在弯曲拉应力最大界面,但最终破坏可能发生在另外地方,这时的破坏主要受到非均匀的弱面所控制。可见,细观尺度岩石的破坏受到最大应力状态处与岩石的非均质处变形的综合影响。     

深部温度、压力条件及其对砂岩力学性质的影响

深部岩石处在一定的地质环境之中，其中温度和压力条件对岩石力学性质具有重要的影响。从温度和压力条件入手，研究塔里木盆地塔河油田石碳系和三叠系砂岩所处的地温和地压环境；在此基础上，采用三轴岩石力学测试系统研究砂岩的力学特性，剖析深部条件下不同温度和压力对砂岩力学性质的影响，建立砂岩力学性质与温度和压力之间的相关关系。研究结果表明，砂岩力学强度与其所处的地温环境和地应力环境密切相关，表现为岩石的刚度和强度均随温度的增大而降低，且砂岩破坏后其残余强度值也相对降低。而岩石的刚度和强度均随围压的增大而增大，其破坏机制也均随围压的增大而发生转化。     

三轴压应力–化学溶液渗透作用下单裂隙花岗岩裂隙开度演化

 为研究单裂隙花岗岩在应力–化学溶液渗透条件下的开度演化规律,开展单裂隙花岗岩在恒定三轴压应力及化学溶液渗透作用下的试验。对试验过程中渗透溶液离子浓度进行分析,结果表明,压应力作用下,裂隙接触面矿物溶解、自由面矿物溶解以及矿物沉淀3个过程影响裂隙开度的演化规律。通过裂隙面三维扫描数据获取裂隙开度变化与接触面积率的关系,并基于此在已有研究基础上分别建立酸性溶液和碱性溶液渗透作用下花岗岩裂隙开度演化模型。模拟结果表明,模型计算结果与试验结果符合较好,能够很好地描述裂隙在化学溶液渗透和应力作用下的演化规律;酸性溶液渗透作用下,接触面矿物溶解过程的强弱控制着裂隙开度的演化,而碱性溶液渗透作用下,矿物的沉淀过程也发挥着重要作用。