红层软岩浸水裂纹扩展试验与破裂机制分析

软岩遇水软化是其破坏的重要特征,也是导致该类岩体边坡、基坑等产生变形破坏的重要原因之一.究其原因,岩体中含有大量原始裂隙,当有水作用时,水通过裂隙浸入岩体内部,发生物理的、力学的作用,导致裂纹扩展和岩体强度降低.因此,针对裂隙红层软岩裂纹扩展问题,设计了两组不同初始裂纹的软岩浸水破裂试验进行研究,一组不含初始裂纹,另一组含一条初始裂纹,通过对两组样品浸水过程中裂纹扩展规律研究,获得红层软岩浸水裂纹扩展的规律,包括:①不含初始裂纹样品中裂纹由外向内逐层发育,含初始裂纹样样品破裂沿已有裂纹扩展,破裂速度上比不含初始裂纹样品更为迅速;②软岩裂纹在显微尺度下多沿石英矿物颗粒之间的间隙或填充在石英矿物颗粒间的黏土矿物发育扩展;基于上述试验,分析了软岩浸水后裂纹扩展的细观力学机制及其破裂全过程特点.     

弱风化泥岩崩解特性试验研究

三峡库区广泛分布的泥岩遇水易软化、崩解,致使许多库岸工程在水文涨落下出现病害。为了分析泥岩崩解特性及崩解机理,通过室内崩解试验,结合细观裂隙扩展规律及矿物成分的涉水特性,对泥岩崩解现象进行详细描述,阐释了泥岩崩解的机理。认为泥岩的崩解是裂隙扩展的过程,是与泥岩的沉积形成相反的过程;崩解可分为三个阶段:毛细裂隙吸水阶段、裂隙贯通阶段、二次崩解阶段;崩解物的颗粒粒径分布与泥岩颗粒中的矿物成分关系密切。     

温湿效应对膨胀岩吸水软化作用的影响

试验通过控制水温,观察膨胀岩在水中崩解、软化的快慢,以及固体颗粒物粒径的大小,得出了温度对膨胀岩吸水崩解软化作用的影响规律。通过对各组温湿度状态下的膨胀岩进行直剪实验,获得了温湿度对膨胀岩抗剪强度的影响规律。结果表明:随着温度的升高,膨胀岩内部矿物颗粒吸水速率变快、吸水量增大、分子运动加速、膨胀作用增强,崩解速率也逐渐加快,吸水软化所需时间更短;温度的升高,加大了膨胀岩内部水分的蒸发,导致岩体失水收缩,内部结构变得紧密,水的润滑作用也减弱,膨胀岩的黏聚力和摩擦角均增大;随着含水率的增加,膨胀岩吸水发生体积膨胀,分子间吸引力减小,内部矿物颗粒胶结变得松散,水的润滑作用加强,黏聚力和摩擦角均降低。     

巢湖地区坟头组泥岩遇水软化特性与机理试验研究

从物理力学性质、矿物与化学成分、微观结构等方面,对巢湖地区坟头组海相粉砂质泥岩遇水软化的特性与机理进行试验研究.利用DB-16超声测速仪、单轴压力机,测试岩样浸于蒸馏水后不同时间波速、抗压强度的变化;采用电感耦合等离子体法,分析岩样浸泡液化学成分随时间的变化;利用X射线衍射、荧光光谱分析,测试岩样矿物化学成分变化情况;采用电子扫描显微镜观察岩样微观结构,并利用GIS软件对不同浸水时间岩石孔隙率、孔隙表面积进行半定量计算.试验表明,泥岩浸水后,单轴抗压强度和波速明显下降,岩石孔隙率下降,孔隙表面积增加;浸水前后,泥岩化学成分变化不大;水沿微裂隙进入岩石内部,溶解可溶盐胶结,使裂隙向纵深发展,进而使裂隙连通导致岩石软化,其中,岩石微裂隙的产生与岩石内部的不均一性密切有关.     

基于低黏土矿物含量泥岩的膨胀力试验研究

针对某高速铁路地基中低黏土矿物泥岩进行不同初始含水率与不同干密度条件下的膨胀力试验,结果表明:规范中判定为无膨胀性的泥岩实质上是具有一定的膨胀性;在干密度不变的条件下,膨胀力随着初始含水率的增大而减小;在初始含水率不变的条件下,膨胀力随着干密度的增大而增大。并且根据试验结果拟合出适用于低黏土矿物泥岩的考虑干密度与初始含水率的膨胀力公式。     

塔里木盆地于奇东地区东河塘组砂岩成岩作用及其对储层的影响

通过普通薄片、铸体薄片、扫描电镜等方法对塔里木盆地于奇东及邻区泥盆系东河塘组砂岩成岩作用、成岩演化及储层发育影响因素进行了深入的研究,明确了该套储层在埋藏过程中主要经历了压实作用、胶结作用、溶蚀作用、交代作用和自生矿物的形成等作用,目前已达中成岩B期。压实作用是成岩早期使原生孔隙遭到破坏的主要因素。胶结作用有碳酸盐胶结、石英次生加大、黄铁矿和黏土矿物胶结,其中碳酸盐胶结对储层物性的贡献大于其破坏作用,石英次生加大、铁质胶结、黏土矿物胶结都对本区储层起破坏作用。早成岩B期碳酸热液和腐殖质释放出的有机酸对不稳定组分的溶解是改善储层物性的重要因素。     

安徽巢湖二叠系—三叠系界线微生物岩研究

文章对安徽巢湖地区二叠系—三叠系界线微生物岩进行了化学成分和矿物组合分析,同时探索了盐酸溶解法分离样品中不同种类碳酸盐矿物的方法。结果表明,界线微生物岩成分均一,具有较高的Si、Al和Mn含量,主要由方解石、石英、黏土矿物和铁白云石组成,岩性上为泥质、白云质灰岩;岩石中的铁白云石自形程度较高,截面呈正三角形或菱形,晶粒大小在10μm左右;采用0.3%HCl(固液质量比1∶50)可以有效区分微生物岩中的方解石和铁白云石(前者溶解,后者不溶)。研究认为:二叠系—三叠系界线层微生物岩形成于缺氧条件下;微生物促进了黏土矿物的生成,对碳酸盐矿物的生成无影响;铁白云石的生成经历了含铁碳酸盐沉积—碳酸盐去Mg、Fe作用—铁白云石化过程。     

深部泥页岩水化特性研究

石油工程深部泥页岩吸水量很小,但也易产生严重水化井塌。室内用X衍射仪分析深部泥页岩黏土矿物成分构成主体为伊蒙混层。常温压浸泡泥页岩块,蒸馏水浸泡后岩块强度迅速降低甚至破碎,饱和KCl溶液浸泡强度降低30%~40%,K+向岩块内部运移防止黏土矿物水化。扫描电镜观察深部泥页岩分布大量不规则微米级孔缝,自由水分子在毛管力作用下进入岩体内部,黏土胶结物溶解强度下降及高强度缝尖应力导致岩石微裂缝不断扩展发生破坏。现场钻井宜使用K+抑制黏土矿物水化,钻具提放及停开泵应平缓防止损伤井壁泥页岩体。     

白鹤滩库区小坝组泥岩崩解特性及边坡破坏机制

降雨与库水位变动引起的干湿循环作用是导致库岸边坡破坏的关键因素之一。为了探究白鹤滩水电站库区蓄水后边坡的长期稳定性,以小坝组红层软岩为例,采用X射线衍射技术、扫描电镜技术及耐崩解仪,研究了干湿循环作用下红层软岩微结构演化机理及其崩解特性,并结合数值模拟方法与不同现场案例,分析了白鹤滩库区边坡的破坏机制。结果表明,干湿循环影响下的黏土矿物溶胀压力是导致岩体结构中孔-裂隙产生的关键因素;小坝组泥岩耐崩解性指数随着崩解循环次数增加具有指数变化规律,且泥岩比砂岩呈现了更强的崩解特性;砂岩与泥岩互层边坡在干湿循环作用下,因泥岩崩解产生了空腔以及贯通的裂隙,导致库区左岸的顺向坡易形成滑移—拉裂式破坏,库区右岸逆向坡易产生塑流—拉裂式破坏。本文从微-细-宏观等角度出发,多尺度地探究了小坝组岩质边坡的破坏机制,为白鹤滩重大水电工程建设的灾害防治工作提供理论指导。     

初始裂隙几何要素对岩石裂隙扩展演化的影响

为了探求初始裂隙几何要素对岩石裂隙扩展演化的影响,采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统,研究特定应力条件下裂隙长度、无偏置双裂隙的水平间距和竖直间距对裂隙演化的影响。通过大量的数值试验,再现裂隙的发展演化过程,获得了特定条件下裂隙发展演化的一般规律,并对岩块破坏形态进行了描述。所获得的理论成果,对于研究裂隙岩体在外界荷载作用下的裂隙扩展演化规律具有一定的参考价值。     

纳米SiC粉末对先驱体陶瓷增材性能的影响

为了减少先驱体陶瓷在高温裂解过程中裂纹及孔隙的产生，研究了惰性填料纳米SiC粉末对先驱体聚合物、先驱体陶瓷体积收缩率、陶瓷产率的影响.利用热重分析(TGA)、傅里叶转化红外线光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)等检测手段进行性能分析和结构表征，采用排水法计算先驱体陶瓷体积收缩率.结果表明:先驱体陶瓷的体积收缩率随纳米SiC粉末质量分数的增加而减小，先驱体陶瓷产率随纳米SiC粉末质量分数的增加而增加，当其质量分数为3%时，体积收缩率最小，为73.47%，先驱体陶瓷产率最大，为26.42%;在高温裂解过程中，当升温速率为4℃/min时，先驱体陶瓷表面无明显裂纹且平整光滑.SiC粉末作为惰性填料具有减少先驱体陶瓷体积收缩，提高陶瓷产率的作用，且效果明显.     

三级配混凝土单轴破坏的细观数值模拟

将混凝土看成是由骨料、界面和砂浆组成的非均质复合材料,采用非线性有限元软件Marc对东江拱坝三级配混凝土试件单轴受拉、单轴受压破坏的全过程进行数值模拟．按照试件的实际配比计算出各种粒径骨料的数目,采用蒙特卡罗法对混凝土骨料进行随机投放,生成试件的随机骨料模型．研究中,单轴受拉时采用最大拉应力准则,并考虑了材料的软化;单轴受压时采用线性莫尔-库伦准则．结果表明,混凝土的力学性能与其内部的细观结构组成密切相关,材料的宏观破坏是细观结构破坏累积的结果,无论是受拉时的开裂还是受压时的屈服,几乎都首先发生在界面上．     

基于三点弯曲试验研究合金化镀层剥落机制

通过三点弯曲试验,利用电子探针(EPMA)、扫描电镜(SEM)及金相显微镜(OM)研究了合金化镀锌板(GA)不同应力状态(压应力、拉应力)下裂纹的扩展、延伸及镀层的剥落.结果表明:锌层从合金化炉出来冷却过程中锌层中的裂纹产生于δ和Γ相中.在变形过程中,压应力和拉应力侧裂纹的扩展和锌层的剥落机制不同.在拉应力一侧,裂纹沿着垂直板面的方向延伸,到达Γ-αFe界面,沿着平行于Γ-αFe界面继续延伸,与第二条裂纹接触后,锌层剥落;在压应力一侧,裂纹沿着与板面成一定角度的方向扩展,最后镀层剥离或者在δ相内或者与拉应力一侧相同,到达Γ-αFe界面后,沿着Γ-αFe界面延伸最后产生破坏.实验结果还表明,镀层在压应力条件下更容易产生粉化现象.     

单液法锆冻胶堵剂

将锆冻胶由双液法堵剂转变为单液法堵剂．研究了它的延迟成冻方法及其各种影响因素，其中包括酸浓度、温度、聚丙烯酰胺浓度、成胶液与交联液的配比、碳酸钙含量、粒度及表面性质等．研究结果表明，ｐＨ值控制法是锆冻胶延迟成冻的一种可取方法．模拟试验证实．这种延迟成冻堵剂可有效地封堵含碳酸钙的砂柱．     

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。     

弱胶结砂岩水岩作用机制——以庆阳北石窟为例

选取庆阳北石窟赋存砂岩为研究对象，于室内分别设置冻融循环、干湿循环两组单因素风化模拟试验，经历30个周期，共计120d.结合岩样在宏观、局部、微观等不同维度下的劣化特征及表层矿物成分与元素的迁移规律对水岩作用机制全程跟踪评估.试验结果表明:在模拟试验前期，水-岩之间化学作用强烈，两组试验化学蚀变系数均发生陡增;随着试验继续，水-岩之间物理作用逐渐变强，冻融循环转为水体积膨胀对颗粒施加的拉、压应力作用，且率先在含水率最高处诱发裂隙.而干湿循环变为水对颗粒结构的机械冲刷，该过程则受水分运移及孔隙分布方式的共同支配;对于弱胶结砂岩，水-岩频繁作用导致的颗粒耦合关系改变是岩石劣化的关键.     

基于分形理论的裂缝稠油油藏蒸汽驱温度分布计算

 针对裂缝稠油油藏注入蒸汽的情况,研究热蒸汽对裂缝性地层的加热过程。通过引入分形理论表征裂缝的发育和分布情况,推导了裂缝的体积系数和裂缝储层的等效渗透率,考虑天然裂缝存在对稠油热采的渗流能力和传热机制的影响,结合能量平衡方程和渗流方程,求得裂缝稠油油藏蒸汽驱的温度分布的解析解。分析注气时间和裂缝参数对蒸汽驱加热范围的影响,发现裂缝分形维数比迂曲分形维数对加热范围有更大影响,说明分支裂缝的密度比分支裂缝的迂曲度对加热范围的影响更加明显。     

基于兼性厌氧菌MICP技术的尾砂再造充填体试验研究

提出一种利用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术的胶结尾砂方法，利用兼性厌氧菌在密封养护条件下胶结尾砂，解决利用好氧菌无法在缺氧或无氧环境下使用的问题.采用控制变量法对利用兼性厌氧菌MICP技术胶结尾砂试验的影响因素进行探究，研究了菌液浓度、胶结溶液浓度、尾砂粒径和养护温度对胶结效果的影响.结果表明:当菌液的OD₆₀₀为1、胶结溶液中醋酸根离子浓度为0.6mol/L、尾砂为多种不同粒径的尾砂混合体、养护温度为30℃时，胶结效果最佳；兼性厌氧菌的MICP技术具有胶结尾砂的潜力，为替代水泥作为尾砂胶结材料提供了有效途径.     

Na_2CO_3胁迫对朝鲜碱茅草种子萌发中水分吸收及膜透性的影响

为了解Na2CO3胁迫对朝鲜碱茅草种子萌发过程中水分吸收及膜透性的影响,采用不同浓度Na2CO3溶液对朝鲜碱茅草种子进行培养。结果表明:朝鲜碱茅草种子萌发吸水过程可以分为4个阶段,朝鲜碱茅草种子的吸水量随着Na2CO3浓度增高而逐渐降低。不同阶段吸水量随着Na2CO3浓度的上升而下降的幅度不同,第1阶段降低幅度较小,第3阶段较大。当Na2CO3浓度大于4.00%时,朝鲜碱茅草种子不萌发,吸水停滞于第2阶段。朝鲜碱茅草种子的膜透性在吸胀初始时较大,随着时间的延长,膜逐渐得以修复。Na2CO3胁迫下,膜系统修复受阻,Na2CO3浓度与膜透性正相关极其显著,膜修复受阻是Na2CO3胁迫抑制朝鲜碱茅种子萌发的重要原因之一。     

单轴压力下RST轻质土变形特性及其细观机理分析

通过无侧限抗压强度试验和细观试验,研究了废弃轮胎橡胶颗粒轻质混合土(RST轻质土)在单轴压力作用下的变形特性及其细观成因,得到了应力-应变曲线与材料配合比的关系以及有代表性的细观图片.无侧限抗压强度试验结果表明:RST轻质土的应力-应变曲线为软化型,可以被概括为压密、弹性变形、塑性变形、软化4个特征阶段.细观试验结果表明:在处于加载初期的压密阶段,最先发生变化的是试样内部的孔洞,这些孔洞在外荷的作用下有闭合的趋势,但不会完全消失;由外荷造成的裂缝的出现标志着塑性变形阶段的开始,外荷引发的裂缝最初会从试样内部原有的孔洞以及橡胶颗粒和水泥土的结合面上开展.试验结果还表明,土体的宏观现象是其细观结构变化的体现,废弃轮胎橡胶颗粒轻质混合土的细观孔隙裂缝发展情况可以解释其宏观应力-应变曲线的形态特征.