岩石气态水吸附特性及其影响因素实验研究

吸水是导致岩石尤其是含黏土软岩变形乃至破坏的最重要的诱因之一。本文通过对采自国内三个不同矿区的若干深部软岩样品进行气态水吸附实验,得到了三组不同类型岩石的气态水吸附曲线;通过对吸水曲线进行回归拟合建立了各类岩石的吸水特征函数,对比分析得出岩石的气态水吸附随时间的动态变化规律。此外,结合X射线衍射实验、扫描电镜实验及压汞实验,得到了岩样的矿物组成、微观结构及孔隙率、孔隙分形维数等重要参数,综合分析了各因素对岩样气态水吸附特性的影响。研究结果表明,三种岩石样品气态水吸附随时间动态变化均表现为减速吸水过程,并可以用负指数函数进行拟合。三种岩样吸水能力差异显著,按大小排序依次为:大强砾岩>沙吉海泥岩>哈拉沟砂岩。黏土矿物成分的含量越高,岩石的吸水率、吸水速率就越大;而黏土矿物成分中,蒙脱石又对岩石吸水起到至关重要的作用。岩样的有效孔隙率越大,其吸附气态水的能力越强;岩样的有效孔隙结构越复杂,其吸附气态水的能力越弱。

敦煌莫高窟支撑体砾岩吸水规律实验研究

水是引起洞窟围岩风化并产生盐害最活跃的因素之一。针对敦煌莫高窟支撑体砾岩进行液态水吸附(接触吸附)实验和气态水吸附(非接触吸附)实验;对比分析砾岩在这2种吸水条件下的吸水特性及其影响因素,通过借助各影响因素与砾岩吸水率的数学模型,定量分析各因素对砾岩在液态水和气态水条件下吸水能力的影响。实验结果表明:(1)2种不同吸水条件下,随着时间的变化,砾岩的吸水特征及演变规律基本相同,其双对数吸水特征曲线都呈上凸模式,其中液态水条件下的平均吸水率是气态水条件下平均吸水率的14.9倍;(2)高岭石与液态和气态吸水条件下的吸水能力均呈负相关,并且在气态吸水条件下对饱和吸水率的影响性最大;伊利石与液态吸水条件下的吸水能力呈负相关,与气态吸水条件下的吸水能力呈正相关;(3)孔隙率与2种吸水条件下的吸水能力均呈正相关,且对液态吸水条件下的吸水能力影响最大。研究结果为敦煌莫高窟文物保护和盐害防治提供了科学依据。