《酸性溶液環境下紅層軟岩崩解特性及損傷破壞機制研究》是依託廣東石油化工學院,由張磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名:酸性溶液環境下紅層軟岩崩解特性及損傷破壞機制研究
- 項目類別:青年科學基金項目
- 項目負責人:張磊
- 依託單位:廣東石油化工學院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題以華南地區常見的紅層軟岩為研究對象,結合華南地區多酸雨的現狀,開展紅層軟岩在酸性溶液環境下崩解過程及其損傷破壞特性試驗研究工作。首先,調研華南地區常見的酸雨類型及其化學成分;在此基礎上,設計開展軟岩在酸性溶液環境下的崩解試驗,探索酸性溶液環境下軟岩崩解過程的特點,並利用電子顯微鏡觀察崩解過程中軟岩微觀結構特點;其次,利用分形理論分析軟岩在酸性溶液環境下崩解過程的分形特徵,並對崩解過程中浸岩溶液的離子濃度變化規律進行跟蹤; 然後,利用數字圖像測量技術和萬能試驗機等試驗手段,開展應力-酸性溶液環境下軟岩損傷破壞試驗,以研究軟岩在酸性溶液環境下的材料性能劣化特性,損傷破壞機制以及損傷裂紋發展過程及機制;接下來,利用PFC顆粒流軟體,反演軟岩損傷破壞試驗結果,得到顆粒流模型微觀參數,並模擬崩解試驗結果;最後,根據工程現場水樣成分,調整PFC模型參數,模擬工程實況,為工程建設提供參考和建議。
結題摘要
(1)項目的背景 酸雨在華南地區分布廣泛,在酸雨分布區域,岩石,特別是具有卸荷裂隙發育、遇水軟化、崩解迅速的特點的紅層軟岩,其水-化學-應力作用顯著。因此酸性溶液環境和荷載引起應力作用下紅層軟岩的崩解破壞過程,以及還酸性物質對軟岩中某些礦物的腐蝕損傷作用,十分值得重視、研究。(2)主要研究內容 本課題以華南地區常見的紅層軟岩為研究對象,結合華南地區多酸雨的現狀,開展紅層軟岩在酸性溶液環境下崩解過程及其流變特性試驗研究工作,研究共分為紅層軟岩酸性溶液條件下崩解特性研究,酸性溶液環境下紅層軟岩損傷破壞試驗研究,紅層軟岩酸性溶液環境下的崩解破壞過程的顆粒流模擬和工程套用等四部分。 (3)重要結果及關鍵數據 在酸性環境下的軟岩崩解試驗中,項目組首先配置了10種不同類型的酸性溶液,每種酸性溶液浸泡5組樣品,共50組樣品開展紅層軟岩崩解試驗,前後開展乾濕循環崩解試驗10輪,採取了500個試驗浸出溶液樣品和500個浸泡後的岩石樣品。而後項目組利用分形理論對試驗結果進行處理,得到了酸性環境對紅層軟岩崩解進程的影響。 利用前述酸性環境下紅層軟岩崩解試驗得到的500個試驗浸出樣品,進行了離子成分分析試驗,通過崩解試驗中不同階段離子成分的變化,得出紅層軟岩崩解對HNO3的回響比H2SO4的大,酸性環境會加快岩石崩解的結論。 C、利用電子顯微鏡,對崩解試驗中採集的500個不同階段的浸泡岩石樣品進行微觀觀察,根據觀察結果和粘土礦物微結構模型,特別提出在模型中加入酸性腐蝕栓的概念,模擬酸性環境下軟岩的損失崩解破壞機制和裂紋擴展機制。 D、項目組基於顆粒流軟體,建立了一個二維顆粒流模型,該模型為一長200mm,寬100mm的矩形,利用該模型模擬了軟岩的崩解破壞過程。 該項研究結論水-化學-力對岩石的耦合作用研究有著重要的借鑑意義,對酸雨地區的紅層軟岩邊坡治理工程和基坑支護工程的相關設計有參考意義。