红层堆积体软弱夹层形成中的水-岩(土)化学作用

红层堆积体内软弱夹层的形成过程是一复杂且长期的过程,分析红层堆积体内部水-岩(土)化学作用是了解软弱夹层形成过程的有效手段。以大型红层堆积体滑坡——关平古滑坡为例,在地质调查及取样、ESR地质测年、X射线衍射分析、地下水水质分析及物理力学试验的基础上,对红层堆积体内部水-岩(土)化学作用特征、软弱夹层成因及物理力学性质进行了研究。结果表明:古滑坡及其软弱夹层基本是同一时期产物,软弱夹层主要矿物为黏土矿物,在矿物成分上二者具有同源性;软弱夹层是红层堆积体发生水-岩(土)化学反应后的产物向过水断面富集形成的,软弱夹层的厚度与水-岩(土)化学反应时间成正比;物理力学试验表明软弱夹层属于红层堆积体中的易滑地层。

贵州省鸡场滑坡地下水化学特征反映的水-岩(土)作用

滑坡体水-岩(土)作用是一种复杂的物理化学综合作用,影响坡体的稳定性,但关于目前水-岩(土)相互作用对地质灾害发生方面的影响研究仍较为薄弱。以贵州省鸡场滑坡为研究对象,分析滑坡区岩土体矿物组成和化学成分特征,结合区域内基岩裂隙水、大气降水的成分变化,利用主成分分析方法,研究鸡场滑坡水-岩(土)作用过程,并分析水岩演化作用对滑坡稳定性的影响。结果表明:(1)滑体内玄武岩的风化过程是一种机械破碎-矿物蚀变耦合的水-岩相互作用,发生在“微观-细观-宏观”3种尺度上;(2)选取前3个因子Z_(1)、Z_(2)、Z_(3)(分别占总方差的49.365%、27.135%、15.092%)分析地下水的化学特征,主因子Z_(1)反映了玄武岩原生矿物的溶蚀作用对地下水化学成分的控制作用,主因子Z_(2)反映了地下水的蒸发作用与SiO2溶解度随pH变化的矿物沉淀作用,主因子Z_(3)反映了地下水与岩(土)体间存在离子交换作用且主参与离子为Mg^(2+)和K^(+);(3)水岩作用产物主要为伊利石、蒙皂石、绿泥石等黏土矿物,使得岩体结构面内黏土矿物含量增加,岩体劣化损伤,对滑带的形成及滑坡的解体产生重要影响。由此研究说明滑坡地下水与岩土体相互作用的主要过程能被主成分分析结果充分反映。

水-岩(土)化学作用对岩土体抗剪强度影响研究的回顾与展望

岩土体抗剪强度对边坡稳定性有重要影响,作为边坡失稳与否的最直接评价指标,对其研究具有重要的理论和现实意义。综述了三十多年来水-岩(土)化学作用对岩土体强度影响研究的发展过程,指出目前的研究主要集中在化学溶液对岩土体力学性质及微细观结构的影响方面,但取得的认识程度较低,尤其在水-土化学作用方面。根据现阶段研究状况,提出加强对土体抗剪强度本质的研究,深入探索内摩擦角物理本质、黏土矿物黏聚力本质及其变化机理,建立具有普适性的定量计算模型。并基于水土化学反应动力学,实现土体黏聚力预测。此外,水-岩(土)化学作用是各类地质灾害发生的内在因素,有必要在岩土体抗剪强度变化本质研究的基础上,开展抗化学风化研究,减缓强度衰减速度,以减少或延缓地质灾害的发生。

水-岩化学作用之岩石断裂力学效应的试验研究

在常温常压、不同循坏条件下,对不同化学性质的水溶液作用下的两种花岗岩和两种砂岩进行了断裂力学指标KIc和d c的三点弯曲试验。结果表明:(1) 水-岩化学作用对岩石裂纹的断裂指标有显著的影响,并且具有时间效应。不同岩性、不同浸泡方式及不同水溶液流动速率对岩石断裂力学指标的影响存在着较大差异。总体上,水化学作用对断裂力学指标的影响程度与水-岩化学反应的强度成正比。(2) 岩石中的含铁离子或钙离子的矿物及胶结物成分是水-岩化学作用力学效应的关键物质成分,其中含铁离子物质对水-岩反应的断裂力学效应具有正反两方面的力学效应。

斜坡水-岩化学作用问题

在滑坡发育的温湿气候地区,水-岩化学作用(CWRI)普遍存在于陆源碎屑岩、碳酸盐岩及浅变质岩等构成的各类斜坡岩体中。CWRI的累积效应在引起介质损伤渐进性加剧的同时,矿物、岩石及岩体结构、变形行为、强度及水力学特性等也将随之发生多方面的深刻变化;CWRI对滑坡孕育的贡献是显著的;在许多情况下,它是暴雨(地震)得以诱发滑坡的重要基础。尽管斜坡CWRI已经引起部分学者的关注并已在某些方面取得一定进展,但对它的认识程度依然是较低的。需要进一步研究的问题包括CWRI过程的水量供给、空间域及其扩展的结构与组分控制机理、低渗透岩块中地下水及化学组分的贮存运移规律、液相组分增量的矿物来源与差异贡献、斜坡岩土体对CWRI的综合时效响应及其对后续CWRI规模与进程的反向驱动等。

水-岩化学作用等效裂纹扩展细观力学模型

从化学腐蚀下岩石细观结构的变化出发,研究水化学溶液对岩石中裂纹的腐蚀作用。运用地球化学矿物-水反应的溶解动力学,考查水-岩反应化学溶液中不同时间段离子浓度的变化,从理论上探讨化学腐蚀下等效裂纹扩展的定量化分析方法。通过质量守恒定律计算出裂纹在迹长及隙宽方向的变化,将水化腐蚀等效成有效裂纹长度,建立了水-岩化学作用下等效裂纹扩展的计算公式并计算应力强度因子。通过对砂岩的研究结果表明,水-岩化学作用对岩石裂纹的扩展有显著影响,并且具有时间效应。同时,水化学溶液的离子浓度及pH值大小对裂纹的扩展存在影响,其中pH值的变化对岩石的断裂力学效应更加显著。当溶液的酸性越强或碱性越强,腐蚀越大,裂纹扩展越快;pH值为中性时,腐蚀作用得到较大缓解,裂纹发展缓慢。为定量研究裂隙岩体在水岩化学作用下的细观机理提供了一种新的思路。

水-岩化学作用对岩土工程稳定性评价方法

研究目的:岩土工程与所处的地质环境之间存在着密切的依存关系和相互作用。作为地质环境中最活跃因素之一的地下水,不仅可以通过力学作用影响岩土工程稳定性,还可以通过不断改变岩土体矿物成分、结构等水-岩化学作用弱化岩土体强度和刚度参数,改变岩土体的渗透特性、渗流形态和应力状态,进而影响岩土工程长期稳定性。基于此,本文以重庆砂岩为例,开展水-岩化学作用对岩土工程长期稳定性影响及其评价方法研究。研究结论:(1)提出采用离子活度积与平衡常数比值作为岩石水化学损伤判据;(2)采用化学动力学方法建立了岩石水化学损伤动态演化数学模型,分析了水溶液酸碱度、离子种类与离子浓度对砂岩损伤演化的影响效应及规律;(3)建立了岩石M-H-C耦合本构模型;(4)建立了岩石M-H-C耦合数值模拟方法,并对某一受水-岩化学作用影响的隧道长期稳定性进行了预测评估;(5)本研究结果可为受水-岩化学作用影响的岩土工程长期稳定性评价提供参考。

头寨滑坡地下水化学特征及其反映的水-岩(土)相互作用

文章以头寨滑坡为对象,分析滑坡岩土体的矿物组成和组构等特征,研究表明造成滑体玄武岩岩体性质劣化的风化过程是一种物理-化学耦合的水-岩(土)相互作用过程,在多尺度(微观、细观、宏观)岩(土)体的"石夹土"结构中得到体现,水岩作用产物主要有绿泥石、伊利石和蒙脱石等黏土矿物。采集滑坡体剪出口处的地下水样测试水化学组成,选取前四个主因子P_1、P_2、P_3和P_4(分别占总方差的39.9%,21.9%,16.7%和13.5%)分析地下水的水化学特征。主因子P_1主要反映玄武岩原生矿物的溶蚀作用对地下水化学成分的控制作用,主因子P_2反映岩(土)体孔隙中有柱状硫酸钙矿物的结晶析出,主因子P_3反映岩(土)体同地下水之间存在阳离子交换,主因子P_4反映岩(土)体水岩作用产物——Si O2矿物在地下水中溶解性与水溶液中CO_2含量的关系。地下水主成分分析的结果能反映出滑坡地下水与岩土体的相互作用的主要过程。

水-岩化学作用对岩土工程稳定性的影响及其评估

文章从水岩化学作用与斜坡水文化学方面阐述了水-岩化学作用对岩土工程稳定性的影响,分析了当前研究取得的成果及存在的问题,从探索水-岩化学作用本质规律的角度,提出加强水-岩化学反应原位检测实验,水-土化学作用下抗剪切强度参数变化机制的研究等,因水岩化学租用与岩石风化现象密切关系,提出加强岩石抗风化的研究。

水-岩化学作用下岩体裂纹应力强度因子的计算及分析

水化作用对裂隙岩体的影响主要来自于水压力和化学腐蚀伤两方面的作用.运用地球化学矿物-水反应的溶解动力学,考查水-岩反应化学溶液中不同时间段离子浓度的变化,从理论上探讨化学腐蚀下等效裂纹扩展的定量化分析方法,从而建立水-岩化学作用下等效裂纹扩展的计算公式并计算裂纹尖端应力强度因子.计算表明,水-岩化学作用的存在,对应力强度因子的影响明显,随着水-岩化学作用的不断发展,应力强度因子逐渐增大.

水-岩化学作用对滑坡演化过程影响的研究进展

水-岩化学作用普遍存在于各类边坡体中,其累计效应引起边坡介质强度损伤已得到广泛共识,对滑坡孕育亦有显著的影响。文章系统概括了水-岩化学作用的机理,重点从微观、细观、宏观三个尺度归纳试验和定量模型研究进展状况,分析总结了其对滑坡孕育的贡献方式以及可能的防治方法。

水—岩化学作用对岩体变形破坏力学效应研究进展

水—岩化学作用对岩体变形破坏力学效应的研究涉及力学和化学两方面，也即为地球化学与岩体力学两个研究领域的交叉。针对水化学作用对岩体力学性质的影响机理，较系统地总结了该研究领域中的现状和研究新进展，分析了其研究方法，指出了今后的研究方向和主要研究内容，并认为此方面的研究将在工程地质学中占重要地位。

岩溶塌陷演化过程中的水-土-岩相互作用分析

分析了岩溶塌陷演化过程中物理力学上的水 土 岩相互作用 ,并对作用模式进行了探讨。分析结果表明岩溶塌陷的发育和水 土 岩相互作用密不可分 ,塌陷的物质载体是盖层土体和岩层的顶板 ,而地下水赋存于岩土体内 ,地下水和岩土体之间存在着复杂的物理力学、化学作用 ,土体和岩体之间也存在着应力传递和物质传输作用 ;反之 ,岩土体结构和稳定状态的变化也会改变地下水的渗流运动状态 ,从而又反过来影响岩土体的结构和稳定状态 。

斜坡饱和带水-岩化学相互作用机理探讨

详细分析了水-岩化学相互作用的机理。在斜坡饱和带,这种作用虽然过程缓慢,但亦是导致斜坡稳定性衰减,甚至滑坡的原因之一。

按主成分分析法研究黄土灌溉区水-岩(土)相互作用

文章以甘肃省永靖县黑方台地区为研究对象。该地区受长期灌溉水下渗导致地下水位抬升,进而诱发了大量黄土滑坡。为了进一步研究黑方台地下水的水-岩(土)相互作用对岩土体的影响,借助主成分分析法,对黑方台的地下水化学特征进行分析,并结合滑坡岩土体的易溶盐成分和矿物组成等特征做综合研究。采集滑坡体出水口处的地下水样测试水化学组成,选择前2个变量因子Z_1、Z_2作为主成分(分别占总方差的68.166%和20.576%),分析地下水的水化学特征,便可反映90%左右的信息。主因子Z_1主要反应易溶盐含量和水敏性矿物(长石类、方解石等)的水解作用对地下水化学成分的控制作用,主因子Z_2反映微溶盐石膏(硫酸钙)矿物的溶解度随地下水离子浓度增加而增大和CaCO_3的溶解、沉淀过程。研究表明,水-岩(土)相互作用会导致岩土体胶结性变差,微结构破坏,进一步累积会使岩土体产生大量裂隙和孔洞,最终将影响岩土体稳定性;另外,黄土中CaCO_3的淋溶和迁移证明CaCO_3淀积层顶部应为地下水入渗方式转变的分界线。地下水主成分分析的结果能反映出黑方台滑坡地下水与岩土体的相互作用的主要过程。

水-岩相互作用对滑坡的影响

水-岩相互作用是导致岩土体变形破坏的根本原因。主要分析了水-岩物理作用、水-岩力学作用和水-岩化学作用的机理,并探讨了这三种作用对滑坡的影响。

水-土化学力学耦合作用研究进展

岩土介质的水-土化学力学耦合作用问题是一些重大工程实践中所必须解决的关键科学问题。文章分别从定性研究、定量研究以及本构关系模型三个方面阐述这一方向的研究现状。经归纳总结:目前对有关水-土化学力学耦合作用的机理认识还存在一定的局限性;所建立的能考虑粒间物理化学作用力的有效应力公式不能充分考虑孔隙约束、颗粒表面吸附等岩土介质所特有的性质;基于此建立的本构关系模型在描述化学作用等环境荷载作用下岩土介质的本构行为特征也存在明显的不足。

水-岩(土)间氟迁移释放的影响因素分析

氟是人体的重要微量元素之一,对平衡人体机能具有重要作用。随着近年来饮水型氟中毒现象的加重,研究水-岩(土)间氟迁移释放规律具有重要意义。本文对水-岩(土)作用过程中氟迁移释放影响因素进行综合分析;地下水中的氟主要来自岩(土)中的含氟矿物,不同岩(土)氟含量深刻影响地下水氟含量;地下水高TDS、高pH、Na+、Mg2+、CO32-、HCO3-、高温度等对地下水中氟富集具有显著的促进作用。一些特殊地球化学过程如海水入侵、特殊气候条件对地下水氟富集具有明显的影响。地下水氟富集是多因子共同作用的结果,且不同的环境下影响因素也不相同。

粉质黏土强度指标的水化学敏感性研究

通过对重塑粉质黏土的液、塑限和固结慢速直剪试验,探讨了粉质黏土液限、塑性指数及抗剪强度与不同浓度Na Cl孔隙溶液的关系。试验结果表明,随着孔隙溶液浓度增加,液限随之减小,塑性指数表现出粉土的性质;不同竖向正应力下的强度随浓度变化表现出较大的差异,正应力较低时,强度不断减小,而正应力较高时,则强度不断增大,正应力介于二者之间强度则先降后升;内摩擦角随浓度增加而增大,最终趋于稳定;黏聚力先迅速减小后逐渐回升,且均为负值。其性质变化主要是因为扩散双电层、颗粒间作用力以及孔隙比发生了改变。基于Terzaghi的有效应力原理,对饱和粉质黏土固结慢速直剪试验测得的负值黏聚力进行了分析和讨论,认为渗透压力对黏聚力起了非常重要的作用,从而使黏聚力成为负值。

非饱和膨胀土/岩持水与渗透特性试验研究

以南水北调中线工程原状强、中膨胀土/岩为研究对象,开展压力板试验与双环注水试验,结合试验结果与土-水特征曲线(SWCC),对比研究不同性质膨胀土和膨胀岩的持水性能及影响因素,计算并分析水体积变化系数的变化规律,在该基础上重点探讨渗透系数的变化特征及其与基质吸力的非线性关系,总结出膨胀土/岩的渗透特性及其规律。结果表明,膨胀土/岩的持水特性受岩土的物理性质、矿物成分与结构特征的影响,膨胀潜势强、细颗粒含量大、孔隙结构小的试样有着较低的脱水速率;渗透系数和水体积变化系数均随含水率的减小而减小,变化特征受到膨胀潜势与干密度的共同影响,并与基质吸力呈幂函数关系。研究成果可为工程建设提供计算参数及理论依据。