饱和卤水对察尔汗地区盐岩力学性质影响研究

为了探求饱和卤水对察尔汗地区盐岩力学特性的影响,以该地区发育的盐岩为研究对象,通过采用分层饱和法、锯式干磨法对野外采集得到的盐岩样进行加工,对加工完成的盐岩进行单轴压缩法试验。结果表明:天然状态条件下盐岩单轴抗压强度为4. 2～7. 9 MPa,属于软岩。使用当地的原位卤水饱和作用后,不含泥质夹层盐岩的软化系数为0. 59～0. 7,含泥质夹层的盐岩软化系数为0. 38～0. 67;综合分析卤水饱和状态对盐岩的力学特性影响认为,卤水主要通过溶解盐岩矿物,导致内部结构发生变化,最终使岩石强度减弱,盐岩软化;饱和卤水对含泥质夹层盐岩的软化影响大于无泥质夹层盐岩。     

盐水浸泡作用下石膏夹层力学性能压痕试验

为研究层状盐岩储气库水溶造腔过程中,石膏夹层在一定温度盐水浸泡下力学性能的变化,同时考虑到石膏夹层试件的宝贵,对尺寸为30 mm×30 mm×30 mm的小石膏试件进行了压痕试验。压痕试验前,干试件置于20℃、50℃、80℃的恒温箱中,浸泡试件分别浸泡在三种温度下的纯水、半饱和氯化钠溶液及饱和氯化钠溶液中。试验结果显示,压痕试验所得参数能够反映石膏夹层的力学性能;盐水或者水的浸泡能弱化石膏夹层的力学性能,使其强度降低,变形能力增大;这种弱化作用是水、溶液中离子及温度三种因素共同作用的结果,温度越高弱化作用越明显,不同盐水浓度时半饱和盐水的弱化作用最强;三种因素中,水对石膏夹层力学性能的弱化作用最强。     

干燥、潮湿合成盐岩流变细观机制的对比研究

针对盐岩流变细观机制的研究,对于合理建立本构模型、实验室尺度数据外推均具有重要意义。采用盐岩合成技术进行恒定应变率条件下的干燥盐岩流变实验,并对其细观结构进行了显微镜观测,同时借助于潮湿盐岩的研究成果作为对比,结果表明在晶界水的促进作用下,盐岩流变细观机制将会发生转化:干燥盐岩应力—应变曲线较为平缓,晶内存在波状滑移线、亚晶粒等细观特征,表明位错交叉滑移或位错攀移为流变主导机制;潮湿盐岩应力—应变曲线形状较为波动并存在晶界迁移等细观结构,动态重结晶机制将对流变产生重要作用;对干燥、潮湿盐岩的实验数据拟合分析表明,流变机制由位错流变向纯压溶转化。因此在盐构造地质演化、盐岩地下储库稳定性等研究过程中,要注意温度、应变率、应力水平、含水量等因素对流变应变率控制机制的影响。     

伊朗德伊高铁沿线高中溶盐粗颗粒盐渍土的渗透特性

为了探究高含量中溶盐粗颗粒盐渍土的渗透特性,依托伊朗德黑兰至伊斯法罕高速铁路项目,通过沿线盐渍土地基的现场浸水载荷试验与原位渗透试验,结合室内重塑盐渍土试验结果,对高含量中溶盐粗颗粒盐渍土的渗透特性进行研究分析。试验结果表明:中溶盐的含量对盐渍土渗透特性起着显著的影响,高含量中溶盐粗颗粒盐渍土的渗透溶滤变形主要由渗流场作用下石膏结晶颗粒遇水软化崩塌造成,与级配相似且中溶盐含量较低的盐渍土相比渗透系数均有大幅度降低;中溶盐含量越高,在荷载作用下渗透系数减小越明显;盐渍土粗颗粒所起的骨架作用越强烈,浸水过程中中溶盐含量对地基土的渗透特性的影响作用越不明显;对于不同颗粒粒径的盐渍土,在1%、3%、5%等不同中溶盐含量的范围内随着其含量的变化,渗透系数变化规律也不同;中溶盐含量超过一定范围时,呈现出中溶盐对盐渍土渗透性具有抑制作用的特征;中溶盐含量越低,易溶盐含量对其渗透性影响越显著。可见盐渍土颗粒粒径、中溶盐含量以及易溶盐含量对其渗透特性影响显著。     

冻融循环条件下英安岩损伤劣化力学机理研究

岩石的变形及破坏是高寒地区较为常见的工程地质问题,为了揭示岩石在冻融环境下的损伤及变形破坏演化深层规律,选取西藏如美水电站中坝址右岸出露的英安岩为研究对象进行深入分析。首先利用扫描电镜-X射线能谱仪(scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectrometer, SEM-EDS)对英安岩进行矿物成分分析,随后开展单轴压缩试验并结合相关、偏相关分析确定对试样力学特性影响最大的矿物成分。通过模拟研究区真实的冻融环境开展冻融循环试验,结合不同冻融次数下试样物理性质及细观结构的变化情况进行深入分析并采用数值仿真模拟重现冻融循环过程中试样内部温度及应力应变的演化特征,揭示英安岩冻融损伤劣化的力学机理。研究结果表明:英安岩呈现脆性破坏主要是由斜长石和石英的损伤劣化所引起的,其中斜长石和石英矿物晶体间产生的脆性裂纹以及两者游离态晶体颗粒的析出是英安岩劣化微裂隙扩展的关键因素,沿石英和斜长石晶体晶界结构所产生的脆性断裂是英安岩细观损伤延伸扩展的主要形式。数值模拟结果表明:冻融循环过程中英安岩内部的温度变化响应及分布形态主要受细观结构控制,裂隙端部所产生的拉应力及剪应力集中区是裂隙延伸扩展的力学基础。     

层状盐岩体中地下能源储库稳定性影响因素分析

层状盐岩是我国深都能源(如石油、天然气等)地下储存的重要方式,研究层状盐岩中储库稳定性的影响因素对于我国能源地下储存具有重要意义.基于宏观平均意义下考虑细观弯曲效应的三维Cosserat介质扩展粘弹塑性渐进破坏本构模型,运用FLAC3D通过数值模拟方法分析了硬质泥岩夹层含量、泥岩夹层与盐岩的刚度比对层状盐岩体中能源储存库稳定性的影响,同时对层状盐岩体中能源储库的运行内压、高径比、上覆层厚度等影响因素进行了分析,这将为我国含有硬质泥岩夹层的层状盐岩体中能源储库的修建和长期运营提供现实依据.     

含夹层盐岩椭球储气库极限压力

地下盐岩储气库在调峰和保障供气安全上具有不可替代的作用,确定合理的储气库极限压力具有重要意义。针对盐岩椭球储气库极限压力问题,以某地下盐岩储气库为工程背景,基于Mohr-Coulomb抗剪破坏准则、上限和下限压力判定准则,以大型商业有限元软件ABAQUS为平台,对不同椭球储气库腔体形状尺寸的极限压力问题进行数值模拟研究,探讨盐岩夹层黏聚力和抗拉强度变化对椭球储气库极限压力的影响。结果表明:随着椭球形腔体长短轴之比减小,储气库上限压力随之增大,而下限压力由于采用的本构模型不同,无显著变化规律。当夹层黏聚力和抗拉强度变化时,同一储气库极限压力基本不变。在上限压力作用下不同储气库的塑性破坏区域发生在腔体顶部盐岩层;而下限压力作用下,夹层破坏区域基本不变,夹层的存在对椭球储气库极限压力影响不明显。     

石膏岩溶蚀与强度特性试验研究

石膏岩在工程中使用广泛,其具有特殊的物理化学性质,常引发工程问题,因此研究石膏岩的溶蚀特性以及溶蚀前后强度、塑性、脆性等性质变化显得尤为重要。通过室内溶蚀试验分析其溶蚀机理,利用电镜扫描观察其微观结构,分析强度劣化机理,并通过单轴压缩试验,研究石膏岩在不同溶液条件下的软化性质。结果表明,不同溶液对石膏岩的影响不同。以石膏岩浸泡在纯水中为参照,NaCl溶液促进石膏岩的溶蚀量,使试样的强度降低,为纯水溶蚀后试样强度的40%,塑性变强,脆性减弱;冰醋酸溶液减少石膏岩的溶蚀量,强度少许增加,塑性变弱,脆性变强;氢氧化钠溶液可与石膏岩发生反应生成氢氧化钙,因此在前期可促进石膏岩的溶蚀,后期生成较多的氢氧化钙络合物附着在岩样表面阻止石膏岩继续溶蚀并使其强度变大、塑性变强。微观电镜图片显示,不同溶液对石膏岩的溶蚀程度以氯化钠溶液最为严重,其次分别为纯水、冰醋酸溶液、氢氧化钠溶液。单轴压缩试验时声发射活动发生次数与溶蚀量相一致。     

冻融循环下混凝土细观结构演化及力学损伤特性研究进展

周期性冻融循环会对季冻区混凝土材料的细观结构产生不可逆损伤,进而劣化其承载能力与耐久性能。混凝土的冻融破坏本质上是内部孔/裂隙等初始缺陷在周期性冻胀力的作用下发生的疲劳损伤累积。因此,开展冻融循环条件下混凝土材料细观结构损伤演化特性的研究对于评估寒区在役混凝土结构的安全性具有重要的意义。围绕冻融循环条件下混凝土细观结构演化及力学损伤特性两个核心内容,针对混凝土细观结构获取与表征技术、混凝土冻融循环室内物理试验与数值模拟方法,以及混凝土力学损伤特性与耐久性评估等方面的研究现状进行了系统的总结与分析。传统的冻融研究主要集中于宏观尺度下混凝土局部损伤演化,从细观尺度入手,研究了冻融循环下混凝土细观结构演化与力学损伤特性,有助于更加深入地了解宏观力学性能与耐久性劣化背后的冻融破坏机制与初始孔/裂隙缺陷扩展-聚并-贯通的发展规律。在此基础上,建立考虑冻融参数的细观结构演化与宏观损伤特性之间的内在联系,实现冻融环境下混凝土材料宏观物理力学特性的准确分析。为寒区工程结构服役期的损伤特性识别、稳定性与耐久性分析提供参考。     

盐溶液浓度对常压水热法制备α-半水脱硫石膏的影响

采用常压水热法制备α-半水脱硫石膏,研究在不加转晶剂时盐溶液对脱硫石膏脱水生成α-半水石膏的晶体形貌、转化率和转化速率的影响规律。用偏光显微镜测定晶体形貌,通过脱水反应前后结晶水含量变化计算转化率,用转化率随反应时间的变化表示转化速率。结果表明：盐浓度增大,生成晶体越细小,反应速率和转化率变化不大;适当NaCl浓度15%~20%。     

层状盐岩力学特性与蠕变机理研究

对层状盐岩力学特性进行实验与分析,获取相应的力学特征参数,是盐岩地下溶腔蠕变特性数值模拟的必要步骤,是数值计算中力学模型的组成要素。本文通过单轴压缩、三轴压缩和压缩蠕变等实验,获取层状盐岩短期强度特性和长期蠕变特性的力学特征参数,为盐岩蠕变模拟提供必要的参数支持。在此基础上,本文对层状盐岩蠕变机理进行分析,并将对盐岩蠕变率方程进行解析,为构建盐岩蠕变本构模型作铺垫。     

煤矿巷道软岩性质及支护方法的多尺度研究

通过微观结构分析、细观力学机制分析,为软岩工程支护提供指导。通过地质调查和岩石力学试验,对某煤矿巷道软岩物理力学性质和微观性质进行了综合研究,包括物理性质、矿物成分、及强度和变形性质。基于颗粒流离散元程序PFC,从细观尺度研究岩块的的应力-应变曲线,使细观尺度模型表现与宏观尺度模型相同的力学性质。     

钙芒硝盐岩溶蚀的角度效应

为更深入的了解钙芒硝盐岩的溶解特性,促进水溶开采钙芒硝矿和盐穴储气库建造中钙芒硝夹层溶蚀的研究,对钙芒硝盐样以不同倾角在35℃恒温水中进行溶解速率和速度的实验。结果表明:钙芒硝在35℃恒温水中溶解速率和速度具有角度效应;倾角从90°~-90°变化时,溶解速率和速度越来越大,水溶采矿技术开采钙芒硝时应采用有利于上溶和侧溶,自下而上的开采技术;运用MATLAB对数据进行拟合,得出不同溶解角度下钙芒硝溶解速率和速度随时间变化规律的表达式,对水溶开采钙芒硝的相关研究和盐穴储气库夹层的溶蚀具有一定的指导和参考价值。     

含盐分泥岩溶浸弱化力学特性

为了研究储气库建造过程中水对夹层中所含泥岩的弱化作用及破坏方式,试验研究了不同配比的泥岩干试件和在水中溶浸不同时间后的物理力学特性,实验发现m(水泥):m(砂子):m(黄土)=1:1:2或1:1:3再到1:1:4的过程中其强度逐渐减小,其强度由3.66MPa降低到2.73MPa,1:1:3是在清水和饱和盐水中溶浸特性不同的一个临界比例,若黄土配比在此基础上减少,试件在溶浸后强度会有所提高,强度可以提高52%达到7.62MPa;反之,试件强度会减小。同种配比试件,在同一时间段内,分别在清水和饱和盐水中溶浸后强度特性变化不大,其弹性模量也在一定范围内小幅波动,即液体种类对力学特性影响不明显。三种配比的含盐分泥岩试件,在强度上与泥岩相当,在破坏方式上以柱状劈裂和剪切破裂为主,说明含盐分泥岩属弱脆性材料。该成果对含夹层储气库稳定性研究有参考价值。     

盐岩间隔疲劳的声发射特性试验研究

为研究时间间隔作用下盐岩疲劳试验的声发射特征,进一步揭示时间间隔对盐岩残余应变及疲劳寿命的影响,利用多功能盐岩试验机和声发射设备对时间间隔作用下的疲劳损伤及声发射特征进行试验研究,将声发射参数与损伤演化、晶体位错相联系,阐述时间间隔对疲劳力学行为的影响机理。结合损伤演化理论建立基于声发射振铃数的累积损伤变量与时间间隔之间的定性关系。研究结果表明:时间间隔的插入会加速疲劳过程中塑性变形的积累,时间间隔越长,塑性变形积累越快,疲劳寿命随之显著降低;时间间隔后循环内声发射振铃数比时间间隔前的多,经过一定时间的无应力静置,后续循环内的声发射变得更为活跃,且时间间隔越长,此现象越明显;在时间间隔内,残余应力参与并主导了细观尺度上盐岩内部结构的调整,由Bauschinger效应导致的反向软化使盐岩结构更为松散,加速塑性变形的积累。时间间隔对疲劳损伤有加速效应。     

磷石膏常压水盐法制备高强石膏转晶剂探究

利用化工磷石膏制备高强石膏,通过设定不同的实验条件来考察盐溶液浓度、转晶剂对生成的高强石膏的晶体形貌的影响,探讨最优的水热合成方案。在水热条件下,磷石膏中的二水石膏通过溶解-再结晶的方式生成半水石膏,在没有任何转晶剂加入的条件下,最终会生成针状的半水石膏晶体。转晶剂会选择性地吸附在半水石膏的(111)晶面上,降低该晶面能,削弱该晶面在C轴的生长速率,改变半水石膏的晶体生长习性和形貌,获得短柱状的半水石膏晶体。实验结果表明:在磷石膏浓度20%、加热时间2h、Na Cl浓度12%、丁二酸浓度0.05%的条件下,获得高强石膏晶体的长径比为2∶1至3∶1,晶型为最优。     

Na2SO4侵蚀环境对超早强水泥灌浆材料强度形成的影响机制

水泥灌浆材料因其高流态、超早强的工程特性,被广泛应用于构筑物修复与加固工程,但其服役环境较为复杂,常会受到以盐离子为代表的外界介质的侵蚀。为了揭示盐蚀环境对超早强水泥灌浆材料(HCGM)强度形成的影响机制,以硫酸钠为研究对象,分析了盐溶液浓度和侵蚀时间对HCGM强度、微观构造和水化产物的影响规律。研究结果表明：浓度越大的硫酸侵蚀环境下,HCGM的变化越明显,浸泡时间越久,变化越明显;在侵蚀初期,HCGM强度较未侵蚀时略有所上升,随着Na₂SO₄溶液浓度和侵蚀时间的增加,HCGM的抗折强度逐渐降低;随着Na₂SO₄溶液浓度的增加,早期水化产物CH晶体与硫酸钠反应生成石膏,从而增加了试件强度。     

NaCl盐溶液制备半水石膏的工艺条件研究

采用常压盐溶液法制备半水石膏。研究在不加转晶剂时盐溶液浓度、反应温度、pH、固液比以及搅拌速度等因素对脱水速率、晶体形貌的影响规律。结果表明:盐浓度越高,二水石膏脱水速率越快,生成的晶体越细小;温度越高,二水石膏脱水速率越快,晶体直径越大;随着pH由小逐渐增大,二水石膏脱水速率呈现先增后减趋势,晶体长度先减小后增加,但总体影响较小;随着固液比增加,二水石膏脱水速率呈现先增后减趋势,晶体直径先增加后减小;随着搅拌速度增强,二水石膏脱水速率呈现先增后减趋势,晶体直径先减小后增加。常压NaCl溶液中制备半水石膏适宜工艺条件为:NaCl溶液浓度15%,pH5～pH7,反应温度95℃,反应时间2～3 h,固液比1∶6,搅拌速度150 r/min。     

细观特征对混凝土力学特性影响试验研究

混凝土材料组分极为复杂,力学性质与其内部细观结构密切相关.为了研究不同细观特征对混凝土力学特性的影响,采用常规三轴压缩试验,对9组27个混凝土试样进行常规三轴压缩试验,对比了胶凝材料类型、骨料种类、骨料含量三种决定细观特征的因素对混凝土力学特性及变形破坏的影响.研究结果表明,水泥胶凝材料的胶结力远强于石膏的胶结力,P.O32.5水泥的胶结力低于P.O42.5水泥;不同类型粗骨料产生不同的混凝土强度,碎石骨料由于其棱角分明,胶结较好,故碎石混凝土拥有较高的强度.同时混凝土强度随粗骨料含量的增加而增加;研究结论可为深入探索混凝土的力学性质提供依据.     

典型盐岩力学特性分析

通过单轴、三轴压缩实验及劈裂等实验研究了湖北云应、江苏淮安和河南平顶山3 个地区层状盐矿岩样的短 期力学特性,并对不同地区及不同深度地层的纯盐岩力学特性进行比较分析。结果表明：（1）3 地区中单轴抗压强度 和弹性模量最大的岩样为泥岩和含泥岩的盐岩,而其泊松比却是最小的,证明了泥岩变形性能差的特性。含有不同杂 质的盐岩其抗压强度和弹性模量有所增加,其泊松比对杂质的变化不是太敏感。纯盐岩抗压强度、弹性模量和泊松比 随地层深度的增加而增大,取自较浅地层的岩样单轴实验有明显的压密阶段。（2）不同地区的岩样都有随围压的增大 峰值强度相应增大的规律。纯盐岩的内摩擦角基本都大于其他岩样的值,而黏聚力则都小于其他岩样的值。反映了纯 盐岩晶体颗粒大,含杂质少的特点。（3）不同地区的纯盐岩相对于其他岩样的抗拉强度最小。