白云岩层中硬石膏岩对隧道结构危害机制研究

以杭兰公路宜巴段白云岩层中不规则发育的硬石膏岩为研究对象,采用X-衍射试验、离子色谱分析、环境扫描电镜及能谱分析等试验手段,定量研究硬石膏岩对隧道结构的危害。研究结果表明,硬石膏岩对隧道结构的危害主要表现在其水化膨胀作用、溶蚀产生的硫酸盐侵蚀及其溶出的酸性环境对白云岩溶蚀的加剧作用。在此基础上,结合区域工程地质条件,提出硬石膏岩及其与白云岩耦合溶蚀作用下的隧道混凝土防护结构劣化机制。给出以降低地下水水位及提高混凝土性能为主的类似工程治理建议。

压力水作用下硬石膏岩膨胀性研究

针对隧道工程中硬石膏围岩在压力水作用下的膨胀现象,设计加工了多功能膨胀仪。使用该仪器及MTS815岩石力学测试系统,对不同水压条件下硬石膏岩的轴向膨胀应变及侧向膨胀应力进行了测试,对压力水作用后硬石膏岩的含水状态及力学特性进行了测试。结果表明:水压越大,硬石膏岩的最大轴向膨胀应变及最大侧向膨胀应力越大,膨胀起始时间越短;随水压的增大,硬石膏岩的吸水率增大,结晶水率逐渐增大并趋于吸水率,而自由水率逐渐减小并趋于0;硬石膏岩的弹性模量和峰值强度随水压的增大而增大。这些说明水压能影响其含水状态,增强硬石膏岩的膨胀性,促进其膨胀的激活,提高其力学性能。基于试验结果,建立了压力水作用下的硬石膏岩吸水状态方程,并改进了湿度场理论体系中的膨胀本构模型。

安徽向山铁硫矿区硬石膏岩热水沉积特征及成因意义

安徽向山地区铁、硫矿床中存在大片硬石膏岩 ,其Cu、Pb、Zn、As、Sb等元素含量都比较高 ,Sr元素含量在 0 .0 5 %～ 0 .6 0 %之间 ,且具有稀土总量低 ,铈、铕元素明显亏损等特征。据对其岩石学、岩石化学和硫同位素等特征综合研究表明 :矿床附近的硬石膏岩属热水成因 ,硫可能来源于下伏地层及深部。

基于扩容准则确定蠕变性硬石膏岩地层钻井液安全密度

为了解决深层蠕变性硬石膏岩地层钻井液密度难确定的问题,为套管类型选择及油气高效钻探提供依据。通过设计三轴实验对蠕变性硬石膏岩应力-应变曲线变化特征进行分析,对扩容点进行了定义。利用扩容准则描述了最大八面体剪应力分布特征。硬石膏岩三轴测试中扩容边界的八面体剪应力与平均应力间满足指数关系,钻进中若要地层维持稳定,最大八面体剪应力应位于扩容边界以内。利用扩容准则及Mogi-Coulomb准则确定了单井目的层钻井液安全密度,并与实际值进行对比,结果表明:基于扩容准则方法确定的钻井液安全密度与实际值极为相符,且纵向离散度小。由于常规Mogi-Coulomb准则方法所需待定参数较多,参数非确定性较强,因而最终确定的钻井液安全密度与实际值偏差较大。扩容准则方法可作为备选方案,对指导油气高效钻探具有重要参考价值。

基于湿度应力场理论的硬石膏岩膨胀试验研究

传统的湿度应力场理论处理硬石膏围岩膨胀问题时,未反映膨胀特性与湿度状态之间的时变关系。以该理论为基础,设计硬石膏岩膨胀试验:不同初始湿度下的膨胀,不同浸水时间的膨胀,以及膨胀后的抗拉强度测试。试验发现:随初始湿度的增加,硬石膏岩膨胀持续的时间增长,最大膨胀应变和应力增大,终止时的吸水率和结晶水率增加,而自由水率近于0;相同初始湿度下,随浸水时间增加,其吸水率先快速后缓慢增加,结晶水率逐渐增大到接近于吸水率,自由水率逐渐减小到接近于0;随吸水率的增加,其最大轴向膨胀应变、最大侧向膨胀应力和抗拉强度都呈增大趋势。根据试验结果,建立了湿度状态时变系列方程以及含时间效应的膨胀本构模型。

金顶铅锌矿区硬石膏岩的特征

金顶铅锌矿中,硬石膏岩与铅锌矿共生,而且可以独立构成大型矿床,硬石膏主要分布在下含矿带灰岩角砾岩型铅锌矿中。前人对本区硬石膏岩的特征描述了较少,对于已受改造后的硬石膏进行正确鉴定,有助于恢复其形成环境和铅矿的成因分析。

深部硬石膏岩盖层地应力测井评价方法

硬石膏岩具有极低的渗透性及良好的压力封闭能力,通常作为大型油气藏的良好区域盖层。塔里木盆地西南部地区古近系地层深部发育较厚的硬石膏岩层。深部硬石膏岩层的地质特征及应力环境相对复杂,对其地应力进行精细测井评价可以为高效钻探提供依据。通过设计三轴力学和声学同步测试实验,模拟地层高应力环境,获取硬石膏岩力学参数。在此基础上,结合地应力实验测试及测井方法,对古近系硬石膏岩层地应力进行测井评价。利用频散校正技术将实验测试的样品高频(1 MHz)波速值转换为测井频率(20 kHz)波速值。建立了古近系硬石膏岩的横波时差及动静态岩石力学参数解释模型。利用改进的Newberry模型对目的层地应力进行了测井评价,整体地应力预测结果的相对误差为5.6%,绝对误差为3.16 MPa,能够满足工程需要。

硬石膏岩长期膨胀性试验研究

探究硬石膏原岩样遇水后的持续膨胀行为和含水状态随时间变化规律,对预测和控制硬石膏岩工程的膨胀灾害具有重要的理论和工程意义。本文针对硬石膏原岩样的长期膨胀性能开展试验。试验结果表明:①持续供水条件下,硬石膏岩可长时间持续膨胀,轴向膨胀应变及侧向膨胀应力,先快速增加,再缓慢增加,最后保持稳定速率持续增加。试验进行到第119天时,轴向膨胀应变和侧向膨胀应力分别高达2.26%和1679.95kPa。②随浸水时间增加,硬石膏岩的吸水率、结晶水率以及水化率逐渐增加,结晶水率趋向吸水率,而自由水率逐渐下降至零。基于微观膨胀机理和试验结果,建立了体积膨胀应变的时变模型,能够反映自由水和结晶水分别对体积膨胀应变影响大小。

硬石膏岩浸水后单轴抗压强度变化规律试验研究

硬石膏质岩浸水后生成二水石膏,岩石内部孔隙被结晶水填充导致强度发生变化。为研究硬石膏质岩浸水后抗压强度与硬石膏含量、硬石膏水化率的关系,在实验室内对106块不同含量的硬石膏岩试件进行了浸水后的室内单轴抗压强度试验,试验结果揭示:在不同水化率条件下,岩石试件的单轴抗压强度与试件硬石膏含量的关系不能用统一的函数形式进行描述,其中,岩石的水化率0.65~0.7,0.8~0.84的前后其单轴抗压强度函数曲线发生较大变化;不同硬石膏含量时,岩石单轴抗压强度与硬石膏水化率的函数曲线呈下凹曲与上凹两种形态,这两种形态曲线的变化拐点出现在石膏含量0.64~0.78间;岩石单轴抗压强度与硬石膏含量、硬石膏水化率三者在空间上呈现“飞鱼”状的不规则曲面关系,其中在水化率为0、水化率大于0.8和石膏含量大于0.7、水化率为0.5~0.7和硬石膏含量0.6~0.65这3处位置的岩石单轴抗压强度属于高势区;岩石水化率为0.35~0.45和水化率0.2~0.6,石膏含量0.7~1及水化率大于0.75,石膏含量小于0.6,这3处位置的单轴抗压强度为低势区。硬石膏岩水化反应是一项十分复杂过程,水化后的岩石强度受控于水化程度和石膏含量两因素。

硬石膏岩膨胀力学试验研究进展及展望

为了进一步认识和加深对硬石膏岩膨胀特性的研究,采用文献综述的方法对硬石膏岩膨胀力学试验进行了较为系统和详细的归纳与总结,分析了各因素对于硬石膏岩膨胀的影响。试验研究结果表明,岩石含水率、溶液浸泡时间、离子浓度、温度、水压等诸多因素对硬石膏岩的膨胀力学特性有着显著的影响。岩石含水率增加,岩石单轴抗压强度、弹性模量、变形模量降低,泊松比近似呈现增大的趋势。岩石单轴抗压强度与硬石膏含量、硬石膏水化率三者在空间上呈现"飞鱼"状的不规则曲面关系。岩石单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量和软化系数等力学参数随着浸泡时间的增加、溶液温度的上升和溶液离子浓度的增加而减小。随着水压的增大,岩石弹性模量和峰值强度增大促进岩石膨胀的激活,导致膨胀性增加。硬石膏水化为石膏引发的膨胀受温度影响较大,温度超过48.8℃时,硬石膏平衡浓度低于石膏平衡浓度,硬石膏无法水化为石膏。硬石膏岩的硬石膏含量及厚度达到一定程度时,表面水化生成的石膏作为密封保护层阻止硬石膏岩进一步水化。基于试验研究成果,对穿越硬石膏地层隧道的工程实践措施进行了分析,结合现有试验研究存在的不足,对未来硬石膏岩的研究方向进行了展望,对未来研究硬石膏岩提供一定的借鉴与指导。

庐枞火山岩盆地硬石膏磁铁矿辉石型罗河铁矿的蚀变矿化及其化学限制

最近,再次研究了庐江-枞阳火山岩盆地深部的辉长岩-二长岩-正长岩岩系,认为正长辉长岩-二长岩-正长岩这一岩石组合是与地面分布的钾玄岩-粗安岩-粗面岩组合对应的深部岩浆岩石。火山盆地的成矿作用还可以划分为4个成因类型:(1)盆地火山岩内出现罗河式铁矿床:如,罗河、泥河、牛头山、矾母山矿床;(2)在火山岩层和潜火山岩石及其与二长正长岩体接触带的矿床:如何家小岭黄铁矿和铁矿床,何家大岭铁矿床。大小矾山的深部也会有相似的黄铁矿和蚀变带。在火山岩石与二长正长岩的接触带。

礼让隧道硬石膏段开挖全过程模拟

以梁忠高速公路礼让隧道为例,对于具有典型吸水膨胀特性的硬石膏围岩段,采用隧道开挖全过程模拟方法,模拟隧道施工期及运营期内围岩和支护结构变形、受力情况,以达到指导隧道设计、安全施工和安全运营的目的。

基于Hoek-Brown强度准则的硬石膏采房群稳定性分析

如何合理地评价硬石膏采房群或采空区的稳定性对保证安全生产、处治现有采空区具有重大的意义。选取山东肥城某石膏矿为工程实例,通过室内试验获取硬石膏岩石的物理力学参数;结合现场调查和室内试验结果,采用广义Hoek-Brown强度准则和地质强度指标估算了硬石膏岩体强度;运用FLAC3D5.0建立数值仿真模型,评价了硬石膏采房群的整体稳定性。基于广义Hoek-Brown强度准则的单元安全系数法(ESFM),定量分析了硬石膏采房群的局部稳定性。结果表明:该硬石膏开采完形成的采房群围岩体塑性区大量贯通,房柱基本破坏;房柱围岩单元的单元安全系数介于0.9~1.1之间,处于欠稳定状态甚至不稳定状态;该硬石膏采房群整体稳定性和局部稳定性差。因此,应优化硬石膏的采矿方法或采取必要的支护以保证安全生产。研究结果为采房群稳定性分析提供了参考。

平顶山盐岩力学特性及废弃盐腔稳定性分析

为了分析废弃盐腔的稳定性,对平顶山盐矿、盐岩、泥质硬石膏岩样进行单轴和三轴压缩试验以及蠕变试验,获得相应的力学特征。对平顶山盐矿某区压裂井、连通井和单井等建库完成后的腔体稳定性进行了数值模拟。结果表明,盐岩层呈现良好的延性变形特征,含泥质硬石膏岩夹层呈现脆性变形的特征。溶腔形状对腔体位移、应力分析以及稳定性等影响较大,从溶腔废弃开始到运行10a,道1井溶腔的最大位移出现在溶腔顶部靠右侧的位置,D1-2单井溶腔的最大位移出现在溶腔围岩边缘腰部位置,而L3-3压裂井溶腔顶部的位移值过大,溶腔顶部和底部已经坍塌,在泥岩夹层处应力集中现象比较明显。道1井溶腔左上角和右上角位置出现塑性区,D1-2单井溶腔顶部位置出现塑性区,在D1-1和D1-2溶腔群的矿柱之间出现了比较大的应力集中。在储气库运行期间,应该提高储气库的最低运行压力并缩短其在低压下的运行时间。

鄂东南程潮铁矿区矿化与三叠系蒸发岩的关系

本文论证了程潮矿区及外围三叠系蒸发岩的存在,并指出鄂城杂岩体的物质成分和产出形态乃是受三叠系蒸发岩的控制;进而从矿体形态、矿化蚀变及硫同位素组成特征等方面论述了三叠系蒸发岩对铁矿化的控制作用,同时用前人盐水-岩反应的实验结果加以解释。

含硬石膏碳酸盐岩隧道灾害机理与防治关键技术

我国幅员辽阔,地质条件复杂多变,根据我国地质分布特征,三分之一国土属于碳酸岩地层,其中很大一部分为碳酸岩与硬石膏岩共生地层,即含硬石膏碳酸盐岩地层,这类地层在山西、四川、重庆等路网高度集中区域广泛分布.

安徽定远早第三纪含盐岩系的沉积相及岩盐成因分析

定远组含盐岩系属早第三纪,系河湖相沉积,以盐湖相和淡水湖泊相为主。含盐沉积受断裂控制,发生在次级凹陷内,且位于大断裂的一侧。含盐一层,厚度巨大,盐层韵律发育,可分Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ三级。盐类矿物简单,仅见石盐、钙芒硝和硬石膏,缺乏钾镁硫酸盐和钾镁氧化物。石盐岩中钾、镁、溴含量甚低,钾含量一般为0.01-0.02%、镁含量在0.03-0.06%左右,溴含量0.001-0.002%,溴氯系数值低,为陆相盐湖沉积,处于早期石盐沉积阶段。

四川盆地三叠系岩盐矿床勘探类型及其控制程度初议

目前对盆地岩盐矿床勘探类型及控制程度未做正式统一要求,因之标准不一,各行其事,这给盐矿储量报告审定带来困难。本文着重对四川盆地三叠系岩盐矿床勘探类型及其控制程度提出意见。

四川盆地东部海相三叠系稳定同位素地球化学及地质解释

四川盆地东部(以下简称川东)海相三叠系地层广泛分布,与其有关的油气、盐卤、天青石及硬石膏等矿产资源丰富,是一个具有重要经济价值的层位。笔者于1981—1985年间在20万km^2范围的盐类矿产普查工作中,采集了近150件零星样品进行碳、氧、硫稳定同位素分析(图1),积累的数据展示了在极其复杂的地史背景下各种地质-地球化学作用产生的物质交换效应及同位素分馏,形成不同元素在不同层位(地质体)的丰度特征。

论金顶铅锌矿床的地质问题

对云南金顶铅锌矿床虽有较多的研究,但还有不少地质问题需要再认识。硬石膏矿不是古新世陆相蒸发岩,而是三叠纪海相蒸发岩;主要容矿岩石之一的灰岩角砾岩,不是滑塌堆积角砾岩,而是膏溶—构造角砾岩;原划归云龙组(E_1)的地层有许多是其它时代的;矿区地层混乱是由构造所致,不能用沉积学观点解释;推覆构造应发生在古新世聚盐之后,推覆体滑动面有多个,硬石膏岩起润滑层作用。