《軟岩軟化的表面效應與計算方法》是依託中山大學，由劉鎮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：軟岩軟化的表面效應與計算方法
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉鎮
- 依託單位：中山大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
軟岩軟化研究是工程地質學科領域的前沿課題之一，其軟化效應研究是其中的重點和難點，是許多重大工程災害產生的根源，已經成為學術界與工程界共同關注的焦點問題。研究擬以紅層軟岩為對象，以飽水軟化試驗為基礎，採用電化學和非線性動力學等方法，重點開展軟岩軟化的表面效應與計算方法研究，包括：（1）研究其表面的物理化學作用效應，探討表面顆粒、孔隙與電荷變化的定量表征及其測定試驗；（2）分析表面效應中的膠體特徵及規律，闡明表面-水體系的動態平衡全過程及顆粒間長短程相互作用，揭示其電化學-動力學機制；（3）建立表面效應演化的動力學計算模型、臨界狀態表征方法及其非線性動力學判據，探討其與強度變化的定量關係表征方法。通過研究，從根本上揭示軟岩軟化的表面效應規律，為豐富、完善和發展工程地質學理論和方法奠定基礎，為軟岩工程災害的控防提供重要的理論支持。
結題摘要
軟岩軟化是國際工程地質學科領域的前沿課題之一。其軟化效應研究是其中的重點和難點，是許多重大工程災害產生的根源，已經成為學術界與工程界共同關注的焦點。目前，通過實驗在其軟化機制、變形破壞的力學效應及其本構模型方面已經開展了較多工作，初步形成了軟岩軟化研究的基本理論框架。但是，在軟岩軟化致災全過程中有一個非常值得關注的現象：軟岩軟化的表面效應。但是，這一表面效應前人尚未關注到，研究基本空白。而這可能正是加劇工程軟岩失穩破壞的關鍵原因之一。因此，本研究擬以華南地區代表性的紅色粉砂質泥岩為研究對象，以飽水軟化試驗為基礎，採用電化學和非線性動力學等方法，研究了軟岩軟化的表面效應與計算方法。重點通過開展軟岩飽水軟化試驗，探討了其表面的物理化學作用效應；研究了軟岩軟化的表面顆粒、孔隙與表面電荷變化的定量表征及其表面電荷測定試驗；在此基礎上，研究了軟岩軟化表面效應中的膠體特徵及其規律，探討了表面-水體系的動態平衡全過程與顆粒間的長短程相互作用，分析了表面效應形成的電化學-動力學機制；初步給出了軟岩軟化表面效應的綜合定量表征的關鍵變數，建立其表面效應演化的動力學計算模型、臨界狀態表征方法及其非線性動力學判據，搭建了表面效應-強度的定量關係及其表征方法。最後，將上述結果套用於軟岩隧道工程，根據軟岩表面效應的測定與分析，給出了軟岩軟化演化的水環境條件，並套用於某軟岩隧道工程，通過圍岩穩定性判別，驗證了上述結果的合理性與可靠性。通過研究，從根本上揭示軟岩軟化的表面效應規律，給出了軟岩軟化的全新機制解釋，構建了一套軟岩軟化表面效應的新計算方法，並探索軟岩研究的新分支方向，是軟岩軟化研究的基本理論框架中不可或缺的補充工作，是對軟岩軟化研究的重要補充與發展；同時，基於本項目的表面效應機制與計算方法研究，可給出軟岩工程災變臨界判據，提出工程穩定性控制原理與方法，可套用於城建、交通、能源、環保等行業的軟岩隧道、邊坡、路基等工程的安全控制，從而為軟岩工程災害的控防提供重要的理論支持。因此，本研究不僅可豐富、完善和發展工程地質學理論和方法，而且具有重要的理論意義和實際套用價值，前景廣闊。研究共發表論文9篇，其中SCI、EI已收錄5篇；申請國家發明專利4項；培養博士生3名、碩士生5名。
