黑色頁岩順層氧化-酸蝕特徵及失穩機制研究

《黑色頁岩順層氧化-酸蝕特徵及失穩機制研究》是依託西南交通大學，由巫錫勇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：黑色頁岩順層氧化-酸蝕特徵及失穩機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：巫錫勇
• 依託單位：西南交通大學

項目摘要

本項目從研究黑色頁岩順層氧化-酸蝕行為的反應機理入手，通過現場監測、室內試驗等手段，結合地球化學、熱力學理論，分析黑色頁岩順層氧化-酸蝕影響下氧化-酸蝕帶形成演變過程，建立氧化-酸蝕化學反應的數理模型與方程；從微觀和巨觀兩個層面，研究氧化-酸蝕帶不同斷面物質（如粘土礦物、主量元素、微量元素）的分配、結構特徵與氧化-酸蝕行為之間的關係；根據不同階段氧化-酸蝕帶的地球化學特徵及物理力學特性，運用岩土力學分析方法，探討氧化-酸蝕帶劣化性能與順層邊坡穩定性相關關係，並建立順層邊坡穩定性數值分析模型；分析研究順層邊坡對氧化-酸蝕行為的回響過程與失穩機制，在此基礎上，提出該類順層邊坡失穩的巨觀判定條件，以期探尋順層邊坡失穩的新機制和防治的新策略。

結題摘要

近年來隨著地殼運動的活躍與大量工程建設的開展，順層邊坡中常常出現以黑色頁岩形成的滑動帶的變形破壞，同時表現出於黑色頁岩地球化學風化相關的氧化-酸蝕現象。本項目從研究黑色頁岩順層氧化-酸蝕行為的反應機理入手，研究了研究區黑色頁岩包括礦物組成、主量元素、微量元素在內的地球化學特徵，分析了研究區含黑色頁岩的徐家坪順層岩質邊坡的地層岩性與岩體結構特徵，黑色頁岩順層氧化-酸蝕影響下氧化-酸蝕帶形成演變過程，建立氧化-酸蝕化學反應理論模型；並設計了黑色頁岩順層水岩循環反應試驗，認為黑色頁岩順層水岩反應過程中，水溶液溶出的離子在順層方向上是呈聚集態的，而且黑色頁岩順層水岩劣化作用一方面體現在黃鐵礦氧化酸性水對其組成礦物的溶蝕作用，另一方面是含高濃度硫酸根離子的毛細水沿層狀黏土礦物帶流動，並最終蒸發且沿黏土礦物帶形成含水硫酸鹽礦物結晶，垂直於層面方向的結晶力導致黑色頁岩岩石結構及力學性質的劣化。運用岩土力學分析方法，探討氧化-酸蝕帶劣化性能與順層邊坡穩定性相關關係，分析含黑色頁岩順層邊坡中黑色頁岩各向異性理想特性，以現有平面滑動力學模型為基礎，考慮滑面介質的應變軟化、水致弱化性質、邊坡滑體變形及能量積聚對邊坡穩定的影響，建立了含黑色頁岩邊坡失穩的尖點突變模型。通過分析滑體在邊坡發展過程中的作用，提出了含軟弱夾層邊坡失穩孕育過程的3個階段以及滑面介質破壞階段對應的兩種邊坡破壞形式。對於任何特定邊坡，經計算分析其失穩現象是特定的，但外營力快速改變時，特別是應變軟化介質的快速改變，會導致邊坡失穩時破壞形式隨之改變，並不總是發生整體平面滑動失穩。此外，設計了黑色頁岩氧化作用下順層邊坡失穩模型試驗，黑色頁岩氧化-酸蝕行為的回響過程與失穩機制，提出該類順層邊坡失穩的巨觀判定條件，以期探尋順層邊坡失穩的新機制和防治的新策略。