高水速凝充填材料的风化特征和风化机理

高水速凝固化胶结充填材料在养护至６０ｄ左右时，开始出现风化现象，到９０ｄ时较严重。风化原因是空气中的二氧化碳侵蚀充填材料中的钙矾石晶体以及材料中含有的自由重力水的逸出等造成的。保持恒温恒湿的环境条件是防止这种充填材料风化的可行途径之一。     

高水速凝充填材料的几化特征和风化机理

高水速凝固化胶结充填材料在养护至６０ｄ左右时，开始出现风化现象，到９０ｄ时较严重。风化原因是空气中的二氧化碳侵蚀充填材料中的钙矾石晶体以及材料中含的自由重力水的逸出等造成的，保持恒温恒湿的环境条件是防止这种充填材料风化的可行途径之一。     

钙矾石材料硬化体风化机理

采用了加速化学反应法、X射线衍射法、SEM法、TG和DT等方法对钙矾石材料硬化体的形成和风化反应过程以及钙矾石材料的各种物理化学特性进行了研究．结果发现,钙矾石风化的原因是大气中的CO2侵入到钙矾石材料内部,使它的硬化体结构分解粉化而失去强度．研究结果为钙矾石材料的工业化生产和应用提供了依据．     

硫酸盐侵蚀下水泥基材料等效应力计算

针对硫酸盐侵蚀过程中水泥基材料的体积膨胀问题,运用盐结晶与微孔力学理论,建立了水泥基材料与其毛细孔隙内钙矾石晶体相互作用的代表性体积单元(RVE)及其力学分析模型,分析了一定钙矾石浓度下RVE内膨胀应力在微观尺度上的空间分布规律。通过均匀化方法,从宏观尺度上分析了RVE所在位置点的等效应力随钙矾石浓度的变化规律。分析结果表明,微观尺度上RVE内钙矾石组成的内球体各向受压,水泥基材料组成的外球壳径向受压、环向受拉;宏观尺度上RVE所在位置点的径向等效应力为压应力,且随钙矾石浓度的增加而增大,而环向等效应力为拉应力,也随钙矾石浓度的增加而增大。     

沿空留巷高水充填材料改性试验及工程应用

为解决原有高水材料存在韧性差、可收缩量小等问题,通过分析现场充填体破坏特征,运用"让抗"支护机理将充填体划分为充填体层和让压层,采用正交配比试验对高水材料性能缺陷进行改进,并对改性前后的材料固结体进行微观对比分析。同时采用施加不同支护的方式模拟试验得到充填体在侧向约束条件下最优支护条件。试验结果表明:改性后的高水材料充填层28 d强度达到12.18 MPa,让压接顶层膨胀率为9.60%,引入发泡剂、纤维等外部添加物剂对材料生成钙矾石等水化产物无影响,侧向约束条件下最优支护组合表面位移仅占试样宽度的3.65%。最后,将改性后的高水材料应用现场,现场试验结果表明:充填体侧表面位移仅为229 mm,顶板下沉量控制在216 mm左右,改性后的高水材料能够很好地满足沿空留巷要求。     

石膏种类对富水充填材料凝结硬化性能与机理的影响

针对富水充填材料的凝结性能受石膏种类影响的问题,采用X射线衍射、扫描电镜、红外光谱等微观实验,分析富水充填材料硬化体的组成,探讨二水石膏和半水石膏对富水充填材料性能影响的机理. 结果表明:以硫铝酸盐水泥-石膏-石灰为主的富水充填材料体系中,为保证正常的凝结硬化,石膏应为二水石膏;如以半水石膏为原材料,在7d龄期时仍不具有强度;二水石膏充足时生成的钙矾石晶体呈细针状,二水石膏不足时生成的钙矾石晶体为六棱短柱状;富水充填材料的强度主要来源于硫铝酸盐水泥-石膏-石灰反应生成的钙矾石,而不是水泥自身水化的水化硫铝酸钙、铝胶和氢氧化钙.     

电厂炉渣改性高水材料的强度特征与破坏形式

高水材料广泛应用于矿山充填和巷旁支护,对高水材料进行掺杂改性有利于改善其力学特性、回收利用电厂炉渣等工业固体废弃物以及降低矿山充填的经济成本。为研究电厂炉渣掺量对高水材料力学性能的影响规律,对掺电厂炉渣高水材料进行单轴压缩试验,结果表明：养护龄期为7 d时,掺10.0%电厂炉渣高水材料的单轴抗压强度与纯高水材料相差不大,但残余强度高于纯高水材料,充分发挥了高水材料在破坏之后的残余承载能力;当电厂炉渣的掺量在0~10.0%时,材料的4 d 、7 d、14 d强度虽不能达到纯高水材料的水平,但其整体降幅很小,且其28 d强度高于纯高水材料;高水材料在受力过程中产生的裂缝为平行于受力方向的张性裂缝,材料最终的破坏形式为劈裂破坏。     

高水速凝材料结石体的原材料分析

以X射线衍射(XRD)和电子扫描电镜(SEM)为分析手段,对高水速凝材料的原材料的化学成分及矿物组成进行研究;并对其水化产物进行测试,研究高水材料结石体的微观形貌特征。分析结果表明:高水材料由四种原材料组成,其主要化学成分包括CaO、Al2O3和CaSO4等,主要矿物为硫铝酸钙与石膏。材料形成的水化产物主要是钙矾石,其微观形貌为枝柱状、枝网状结构,结构之间存在大量的空隙。钙矾石的抗风化能力较差,不宜在干燥、开放式环境中使用。     

不同厚度充填体-围岩组合体力学性质及损伤本构

为探究充填体厚度变化对充填体-围岩组合体力学性能的影响规律,开展了5种不同厚度充填体-围岩组合体试件单轴压缩试验,结合数字散斑技术对试件破坏模式的变化进行分析,建立考虑峰后应变软化阶段的分段式损伤本构模型对全过程应力—应变关系进行描述。分析结果表明,充填体厚度变化对组合试件力学性能与破坏模式影响显著。随着充填体厚度由0 mm增加至100 mm,试件峰值强度由94.6 MPa呈指数关系下降至10.1 MPa、峰值应变由0.30下降至0.06,弹性模量呈先下降后上升变化趋势;利用数字散斑技术分析发现,随着充填体厚度增加,破坏模式逐渐由脆性剪切破坏过渡为拉剪复合破坏,最终发展为由充填体内部发生 X 型剪切破坏而引起的拉伸劈裂破坏;通过改变分段式损伤本构模型的分布参数与修正系数,可较好的表征不同充填体厚度试件的全过程应力—应变曲线,利用文献[26]数据进行验证,发现模型适用性较好;充填体厚度越大,由充填体存在而引起的试样初始损伤越大,达到峰值应变时,损伤变量 D未达到1,试件延性破坏特征越明显,破坏后残余强度越高。     

不同充填厚度节理面剪切破坏宏细观机理研究

为了研究不同充填厚度下节理面的剪切破坏行为和强度特性,综合前人对充填节理的试验与理论成果,考虑天然岩体复合结构的不规则粗糙表面形态,对实验室制备的类岩石材料充填节理试件进行室内剪切试验,并采用数值方法进行模拟验证。对比实验结果和模拟结果,从宏观和细观角度分析了充填节理的变形特性及破坏行为,研究了充填厚度对节理面剪切强度的影响关系。研究结果表明:在同一粗糙度下,不同厚度充填节理的破坏模式没有明显区别,主要表现为粘结面的破坏;在较小粗糙度下,充填节理的剪切峰值强度和残余强度均随着充填厚度的增加有一定程度的降低,但变化不大;在较小粗糙度和较小充填厚度下,试件沿与节理面起伏较大处成一定角度产生裂隙并逐渐贯通至试件底部,充填厚度增加,仍会产生裂隙,但不会贯通。     

闽粤沿海花岗岩风化分带方法及地基承载力的研究

本文在现场调查和大量现场测试的基础上,探讨了闽粤沿海花岗岩风化程度的分带方法,建立了以定性分带为开端、模糊模式识别为终端的划分风化程度的分带系统,在此基础上,研究了花岗岩残积土及风化花岗岩的工程地质特性.研究结果表明:(a)花岗岩残积土是一种强度较高、压缩性较低的土体,可作为20层以下中高层建筑的天然地基;(b)风化花岗岩的承载力高于规范的取值.文中还给出了地基承载力的两种估算方法及风化花岗岩(土)体地基容许承载力的经验值     

埋藏风化壳结构的矿物学与地球化学特征及其控藏作用

通过岩心观察、矿物及元素分析等手段,分析了济阳坳陷义和庄凸起前第三系埋藏风化壳结构的矿物学与元素地球化学特征.结果表明:义和庄凸起前第三系坶藏风化壳具有风化黏土层和半风化岩石的二层结构;由半风化岩石到风化黏土层,抗风化能力弱的长石等原生矿物逐渐减少,次生黏土矿物逐渐富集,半风化岩石上部与风化黏土层为Fe,Al元素的富集带,Ca,Na元素大量流失,K,Mg元素由于交代作用变化较复杂;义和庄凸起埋藏风化壳结构在油气成藏过程中起主要作用的是半风化岩层中部的孔缝连通体,它既为油气运移的良好通道,也可成为有效储层;风化黏土层与上覆岩层一起形成了复合型盖层.     

泥岩地基及嵌岩灌注桩的承载特性试验

红土崖组(KwH)泥岩是一种分布于青岛地区的白垩系王氏群泥岩,是一种非典型的黏土岩,其透水性弱,具有一定的膨胀特性。为研究泥岩的物理力学性质、变形特性及嵌入泥岩中灌注桩的承载特性,以红土崖组(KwH)泥岩为试验对象,在青岛某地区开展了泥岩常规物理力学试验、泥岩地基及泥岩地基中嵌岩灌注桩的静载荷试验。试验结果表明,红土崖组(KwH)泥岩含砂,吸水膨胀率较小,是一种非膨胀性岩;全风化及强风化泥岩地基的P-s曲线基本呈缓变型;而中风化泥岩地基在破坏时发生了压裂及隆起,P-s曲线呈陡降型,而且变异性较大。该场地泥岩地基中灌注桩分别加载至10800 kN、12960 kN,试桩均未发生破坏,嵌岩灌注桩的桩侧摩阻力和桩端阻力均未充分发挥;中风化泥岩的承载力较高,可作为桩基理想的持力层;泥岩具有初始损伤特性,且随着应力水平的提高其损伤逐渐加剧。研究成果对青岛地区泥岩地基中的工程建设具有参考价值。     

赣南花岗岩风化带岩土体强度特征及边坡破坏模式分析

为研究赣南地区花岗岩风化带岩土体强度特性及边坡破坏模式,采用室内岩矿鉴定、X粉晶衍射试验和电镜扫描等方法对原岩和全风化花岗岩进行矿物成分和微观结构分析,同时通过全风化花岗岩三轴固结不排水剪切试验,中风化花岗岩单轴和三轴试验对风化带岩土体的强度特征和破坏模式进行了研究。结果表明:随着围压增大,全风化花岗岩应力-应变关系发生了转型,破坏模式为先鼓胀再剪切破坏;中风化花岗岩在单轴压缩条件下经历了四个破坏阶段,三轴试验得到岩块的抗剪强度参数,经虎克布朗准则反演得到了岩体的强度参数。结合野外特征,赣南花岗岩风化带岩土体边坡失稳破坏模式主要有5种,其中坡面冲刷破坏占比较大。     

我国热带亚热带部分长石风化产物研究

综合应用Ｘ射线衍射、扫描电境、透射电镜及偏光显微镜等技术,研究了我国热带、亚热带地区花岗岩和片麻岩风化壳中的长石风化现象。研究区内的长石风化形式主要为化学风化,所形成的风化产物有０７ｎｍ埃洛石、高岭石、水云母类矿物、三水铝石、硅铝质凝胶等,其中以０７ｎｍ埃洛石分布最为广泛,三水铝石仅见于个别地区。０７ｎｍ埃洛石的形成经历了非晶质硅铝凝胶等中间相;高岭石的形成经历了水云母类矿物中间相;三水铝石的形成经历了非晶质硅铝凝胶或０７ｎｍ埃洛石等中间相。风化壳内部水溶液的物理化学性质、湿热的气候条件及母岩性质是影响风化产物形成的主要因素。     

红山窑风化红砂岩膨胀特性试验研究

对红山窑水利枢纽工程中的风化红砂岩进行膨胀特性试验研究.试验表明,不同风化程度的红砂岩随着含水率的逐渐加大、风化程度的加深,其自由膨胀率、有侧限自由膨胀率和膨胀力都逐渐增大,其中,强风化砂岩的膨胀率与膨胀力随含水率的变化而改变的幅度最大,并与上部荷载的大小密切相关.     

中国南方红壤演化的矿物学特征

中国南方大面积的红壤是由母岩风化、淋溶、未经搬运残余形成的,其中尤以花岗岩、玄武岩上风化残存最为典型。通过对砖红壤、赤红壤、红壤的矿物学特性的分析,明显看出它们之间是通过一系列过渡而联系起来的,风化强度依次降低。发育于玄武岩的红壤较发育于花岗岩的红壤富铝化程度更高,质地更粘重,原生矿物较少。从母岩风化的角度来看,基性母岩比酸性母岩更易于风化。     

煤样浸水过程中水化学效应研究

为研究地下煤层开采中,水化学作用对预留安全煤柱的化学影响,对取自大柳塔5~(-2)煤样进行完全静态浸泡试验,浸泡时长以溶液pH波动变化幅度而定,通过对浸泡煤样溶液的pH及氧化还原电位值动态变化监测,分析盐水溶液pH及氧化还原电位与煤样水化学过程的对应关系,并结合非平衡态热力学理论判定,解释煤样水化学作用的根本原因;结果表明:煤样浸水初期溶液pH(0～4 h)降低,煤岩矿物及有机碳氧化反应产生大量酸性水,随浸泡时间的增加,煤岩长石类矿物及方解石、白云石等消耗大量的H~+,生成稳定的黏土矿物,同时长石类矿物溶解的阳离子与黏土矿物裸露表面产生离子反应,引起pH总体上升;结合非平衡态热力学理论,浸水煤样与外部环境的存在温差、水岩之间相互作用及渗流力的产生等,加快熵产生率,因此煤样浸水水化学效应所导致溶液pH及氧化还原电位值变化均属于煤样化学风化自发体系。