水化学腐蚀对砂岩力学特性影响的试验研究

通过砂岩在不同水化学溶液中浸泡后的常规三轴压缩试验,对比分析受不同pH值、不同浓度和不同化学成分的化学溶液腐蚀后砂岩的变形特性、强度特性及其微细观结构特征,并监测化学溶液中Ca2+,Mg2+离子浓度的变化规律,初步探讨砂岩试样的水化学腐蚀机制。试验结果表明:化学腐蚀后,砂岩试样有从脆性向延性转化的趋势;砂岩的力学参数均有不同程度的降低,并且,砂岩力学参数的劣化程度与其物理化学参数之间存在密切的关系,试样的孔隙率或纵波波速变化越大,或溶出的离子浓度越多,其力学参数的降低程度越大。引入新的损伤参量来定量地表达试样力学参数随水化学损伤的演化过程。

水化学腐蚀下岩石损伤力学效应研究

水化学腐蚀条件下岩石损伤力学效应是引起裂隙岩体力学性质变化的主要原因,因此,对裂隙岩体微观结构的水化学损伤效应及其定量化的研究具有重要意义.阐述了裂隙岩体的水化学腐蚀及裂隙岩体损伤力学的国内外研究现状,定性地研究了岩石水化学损伤的化学成分分析理论及能量分析理论,对水化学溶液的腐蚀影响机理进行了分析,并研究了不同化学溶液对岩石变形及强度腐蚀效应的影响.

水化学腐蚀对花岗岩力学特性影响的试验研究

对三山岛金矿的花岗岩进行不同化学溶液作用下的腐蚀试验,利用三轴测试系统、超声波测试以及离子色谱检测等试验手段,对不同化学溶液侵蚀环境下花岗岩的宏观力学特性及微观物理、化学变化作进一步的探索。试验发现:与自然干燥状态相比,经不同水化学溶液腐蚀后的花岗岩试件出现了相应地软化,水化腐蚀作用通过水中化学成分与岩石活性矿物的反应造成岩石颗粒活化、迁移、溶解并产生裂隙结构,导致岩石的孔隙性与非均质性增大,并使得其物理力学特性变差。

水化学与冻融循环共同作用下砂岩细观损伤与力学性能劣化试验研究

为研究水化学与冻融循环共同作用下岩石的细观结构损伤及力学性能劣化特征,分别对经酸性、中性和碱性水化学溶液浸泡和冻融循环处理后的砂岩进行核磁共振测试和单轴压缩试验,分析砂岩孔隙度和力学参数的变化规律,结果显示:随水化学溶液浸泡时间的增加,砂岩强度和弹性模量均有所降低,且酸性溶液下的降幅最大。随水化学溶液冻融循环次数的增加,砂岩强度和弹性模量均有明显降低,且中性溶液冻融循环下的降幅最大;水化学溶液浸泡对砂岩小孔径孔隙度分量影响不大,而水化学溶液冻融循环对其影响显著,且不同溶液下小孔径孔隙度分量增幅较接近;水化学溶液浸泡与水化学溶液冻融循环对砂岩大孔径孔隙度分量的影响均较显著,单纯浸泡下酸性溶液增幅最大,冻融循环下中性溶液增幅最大;水化学溶液冻融循环条件下砂岩小孔径孔隙细观结构以受冻胀损伤为主,大孔径孔隙则受化学腐蚀和冻胀损伤的共同作用,在孔隙度上综合表现为冻胀与腐蚀的叠加效应,且在砂岩大孔径孔隙细观结构上,酸、碱腐蚀对其与冻胀作用的叠加效应有一定抑制作用;砂岩初始裂隙体变与核磁孔隙度变化率相关性良好。

水化学作用下砂岩力学特性劣化试验研究

日益严重的环境污染加剧了水化学环境对工程岩体和露天石像的腐蚀作用,尤其是最为敏感的砂性岩体。研究长期水化学腐蚀作用下砂岩的宏观力学特性的劣化情况及微观作用机理对预防及评价水化学环境对砂岩腐蚀具有重要意义。采用三点弯曲、薄片鉴定、扫描电镜和能谱分析等测试方法对比研究了砂岩在不同pH、Na_(2)SO_(4)溶液浓度及浸泡时间后的力学特性和微观结构特征。试验结果表明:水化学作用对砂岩胶结质溶蚀劣化影响显著,酸性增强和作用时间增长会进一步加剧砂岩劣化,酸性减弱对砂岩试样的劣化有抑制作用;砂岩的腐蚀劣化宏观上表现为强度、模量和断裂韧度减小,脆性特征逐渐减弱,延性特征增加;在微观上除矿物成分的改变外,其颗粒大小及形状,孔隙、裂隙等微细观结构也发生明显改变。

化学腐蚀对砂岩物理力学性质影响的试验研究

通过对不同水化学溶液浸泡后砂岩物理力学性质的试验研究,对比分析了溶液pH值、浓度及水化学成分对砂岩的腐蚀程度,初步探讨了砂岩试样的水化学腐蚀机理。试验结果表明:经化学腐蚀后砂岩的脆性减弱延性增强,而对砂岩侧向变形的影响规律并不明显;砂岩力学参数降低的劣化程度与溶液中溶出离子浓度的大小存在一定的对应关系,亦即溶液中溶出的离子浓度越高,砂岩力学参数降低程度越大;可以用砂岩的纵波波速来反映其内部孔隙率的变化情况,由于纵波波速的测试不会对砂岩产生损伤,因此可以对同一试样进行不同腐蚀作用时间的纵波波速测试,从而避免了岩石不均匀性所带来的误差。

化学腐蚀作用后含单裂隙类岩石材料单轴压缩损伤本构模型

为了描述腐蚀后含单裂隙类岩石材料在单轴压缩作用下的变形和强度特性,提出了一种水化学损伤与微裂纹和宏观单裂隙耦合损伤相结合的损伤本构模型。首先,基于唯象理论,得到了类岩石试件在水环境侵蚀和化学腐蚀共同作用下的损伤变量。其次,基于Lemaitre应变等价性假设,结合微裂纹的Weibull分布统计损伤模型和宏观单裂隙的断裂力学模型,推导了含单裂隙类岩石试件的耦合损伤变量。然后,考虑类岩石材料的残余强度特性,通过引入修正系数对损伤变量进行了修正,建立了单轴压缩作用下含单裂隙类岩石试件的损伤本构模型。通过由试验获得的应力-应变曲线对模型的有效性进行了对比和验证,结果表明,理论模型计算得到的应力-应变曲线与文献中的试验结果吻合较好。最后,对本文所提出的损伤变量修正系数进行了讨论。本文建立的损伤本构模型为描述含单裂隙腐蚀类岩石材料在单轴压缩作用下的应力-应变关系和残余强度特征提供了一种有效的理论计算方法。

水化学条件下煤岩组合体腐蚀特征及动力特性

在深部开采和残煤复采中,水化学场和动载扰动对煤层与岩层所形成的结构体影响巨大,极易失稳发生动力灾害事故.为研究煤岩组合体在该条件下的动力特性,对未浸泡的试样开展静力试验和成分检测;然后配置不同酸碱度的水化学溶液,开展腐蚀试验;最后采用分离式霍普金森压杆装置,对腐蚀试样开展同一入射能的动力压缩试验.研究结果表明:溶液pH存在明显的自平衡性和较强的时间敏感性,酸性溶液中试样表观特征变化最为明显,而碱性溶液中试样表观特征变化略微强于中性溶液中的试样.相同浸泡时间下,试样动态抗压强度呈酸性溶液<碱性溶液<中性溶液<自然状态的规律.其破坏特征差异巨大,煤体为粉碎性破坏,而岩体部分为劈裂破坏;且随浸泡时间增加,试样的宏观破坏特征并未发生明显变化.随浸泡时间增加,同一溶液中试样动态抗压强度持续下降.而酸性溶液中试样动态抗压强度有较强的时间依赖性,在浸泡7 d时降低幅度为23.9%;浸泡14 d后降低幅度突然升高为55.3%,增加高达31.4%;浸泡28 d后降低幅度升高至67.4%,仅增加12.1%.该研究表明,在地下深部及残煤复采等生产活动中,应加以关注水化学腐蚀导致岩体动力特性产生的严重劣化.

三轴应力作用下化学侵蚀对砂浆力学性能的影响

开展了不同水化学腐蚀下砂浆试样的常规三轴压缩试验,分析了溶液pH值、浓度及水化学成分对试样的腐蚀程度及微细观结构的影响效应,探讨了砂浆试样的水化学腐蚀机理,并进一步对比分析了不同水化学作用对砂浆物理力学参数的影响规律。基于化学腐蚀后试样产生的次生孔隙率,建立了新的损伤参量来定量描述试样物理力学性质随水化学损伤的演化过程。

水岩作用下砂岩的崩解机理及加固方法的研究进展

水-岩相互作用是导致砂岩崩解的主要因素之一。砂岩作为一种天然多孔隙沉积岩,是工程建设中经常遇到的一类特殊岩土体。之前的研究主要关注砂岩在自然状态或水岩作用下宏观力学性能的变化,而对水岩作用下砂岩的劣化机理的研究较少,尚未找到经济有效的处理砂岩的方法。本文首先从砂岩的基本性质出发,综述了相关研究在力学性能、微观形态和能量耗散等方面对砂岩劣化机理的探索,进一步提出了抑制砂岩崩解的主要措施,为砂岩在工程建设中的应用提供了理论基础,并有助于针对各种砂岩崩解引起的工程问题提出更完整的处理策略。

化学腐蚀对混凝土材料力学特性影响的试验研究

对不同水化学环境腐蚀过程中砂浆试样物理力学性质进行了试验研究,分析了溶液pH值、浓度及水化学成分对砂浆的腐蚀程度,探讨了砂浆试样的化学腐蚀机制。试验结果表明:在相对封闭的环境条件下,无论是哪种水化学溶液,随着化学侵蚀时间的加长,溶液的pH值均趋于碱性;同时,溶出的Ca2+、Mg2+离子具有累积性特点。在其他条件相同的情况下,水化学溶液的离子成分对砂浆试样的腐蚀程度各不相同。酸性条件下,Na2SO4溶液砂浆试样物理化学性质的影响要比NaHCO3溶液大;中性条件下,与纯净的蒸馏水相比,Na2SO4溶液对砂浆试样的腐蚀作用要强一些。

某核电站蒸汽发生器杂质隐藏返回研究

压水堆核电站运行过程中,蒸汽发生器二次侧流动受限区域的表面污垢及缝隙中的有害杂质离子(如Cl-,SO42-,Ca2+,Mg2+,Al3+等)因水的蒸发会出现局部浓缩.通过监测机组停运期间的水化学可以推断机组正常运行期间蒸汽发生器二次侧的杂质浓缩情况.本文分析和评估了某核电站降功率、降温期间蒸汽发生器的3次杂质隐藏返回试验数据.结果表明,隐藏区内的Al3+浓度逐年增加;根据隐藏返回数据得到的高温pH值(pHT)在正常的耐腐蚀pH值范围内;建议机组降温的时间应该进一步延长,以便杂质离子尤其是阴离子完全返回进入大空间溶液并通过排污水系统排出.