剪切速率对水泥胶结钙质砂强度及变形的影响

为探究剪切速率对水泥胶结钙质砂强度及变形的影响,对钙质砂展开6种剪切速率、4种胶结度双变量的直剪试验.结果表明:水泥胶结钙质砂随着剪切速率的提升,抗剪强度呈先减后增的趋势.随胶结度的增加,抗剪强度呈逐渐上升的趋势,但较低胶结度下的抗剪强度略低于无胶结状态下的抗剪强度.在抗剪强度指标方面,随着剪切速率或胶结度的增加,黏聚力都呈上升趋势,内摩擦角呈下降的趋势.在变形方面,水泥胶结钙质砂在低法向应力更易呈现先剪缩后剪胀的形式;而在较高的法向应力,易呈现剪缩形式,但随着剪切速率的增大,剪缩程度减弱.

MICP胶结钙质砂动力特性试验研究

以南海某岛的钙质砂为材料进行微生物（MICP）胶结加固,通过动三轴试验和SEM微观结构试验,研究了MICP胶结钙质砂在不同胶结程度和不同动应力水平下的动强度、动变形、动孔压、有效应力路径的发展规律和MICP胶结的微观机理。结果表明：通过MICP胶结的钙质砂动剪应力比和抵抗变形的能力得到明显提高,这表明MICP胶结作用能显著改善钙质砂抗液化能力。MICP胶结钙质砂的孔压发展可以分为4个阶段：初始阶段—稳定发展阶段—快速发展阶段—完全液化阶段,当孔压发展到快速阶段末期,孔压曲线出现凹槽,试样开始失稳,最后发生破坏。整个振动循环过程中土体的变形和强度变化与有效应力路径和孔压的发展密切相关,当试样发生破坏时,有效应力路径表现出循环活动性。MICP胶结作用生成了方解石结晶包裹在砂土颗粒表面或填充于砂颗粒之间,这改变了土体的性质,使得土体的黏聚力和内摩擦角均有所提高。

天然胶结钙质土强度及微观结构研究

自20世纪80年代起,国内就开展了关于岛礁钙质土岩土工程性质的研究工作,至今已经取得了大量的研究成果,但上述研究工作均是针对松散钙质土进行的,针对岛礁上广泛分布的胶结钙质土的研究工作尚未系统开展。而国外大量工程实践表明,胶结钙质土具有完全不同于松散钙质土的工程性状。针对天然胶结钙质土的空间各向异性,从微观角度研究影响其强度的主要参数,为今后的胶结钙质土的分类研究提供理论指导。文中采用多种试验研究方法,最后建立了天然胶结钙质土的密度、胶结度、孔隙度、颗粒大小等参数与强度间的对应关系,当前的研究结果表明,天然胶结钙质土的密度及胶结度与强度间存在良好的相关性。

胶结钙质土的室内试验研究进展

天然胶结钙质土是广泛分布于热带及亚热带海洋中由生物碎屑经碳酸钙胶结或固结而形成的碳酸盐岩类。其独特的工程性质常常给岩土工程设计与施工带来麻烦,也正因此引起了研究者的兴趣并对其开展了较为全面的试验研究工作。针对天然胶结钙质土、人工胶结钙质土的室内试验以及人工胶结钙质土试样的制备等3方面取得的研究进展进行总结回顾,汇总了胶结钙质土的基本应力-应变行为以及围压、初始密度及胶结度等主要参数的影响规律,指出了研究中尚存在的问题,并对胶结钙质土的进一步的研究工作进行了展望。该工作必将对此领域的研究具有借鉴和指导意义。

水泥胶结钙质砂热传导特性及微观机制

南海岛礁建设中,钙质砂地基面临的高温环境问题需要全面掌握钙质砂热传导性能的演变规律。基于热探针法测定了不同试验条件下水泥胶结钙质砂的导热系数λ,探讨了水灰比W/C、养护时间t、胶结程度(水泥掺量Ps)、含水率w等因素对其产生的影响规律,发现水泥胶结钙质砂的导热系数λ随养护龄期t的增加呈现出先急剧增大而后缓慢减小的变化规律,随水泥掺量P_(s)、含水率w的增加而递增,随水灰比W/C的增加反而递减;在此基础上,利用电镜扫描和压汞试验从微观角度解释了水泥胶结钙质砂导热系数随胶结程度的变化趋势:水泥胶结钙质砂内微孔隙大小、数量的变化从本质上决定了其宏观热传导特性,凝胶状水化产物连续填充其内部孔隙,引起其孔隙率降低,改善砂样内部传热,宏观表现为其导热系数λ随着胶结程度的增加而递增。

水泥胶结钙质砂导热系数的影响因素试验研究

为了探讨水泥掺量P、水灰比W/C(W为水质量,C为水泥质量)、含水率ω等因素对水泥胶结钙质砂导热系数λ的影响规律,基于热探针法测定了不同试验条件下水泥胶结钙质砂的导热系数,分析了各因素影响下导热系数的变化规律,运用电镜扫描技术阐释了上述变化趋势发生的微观机制;在此基础上,提出了考虑水泥掺量、水灰比、含水率3个因素共同影响的水泥胶结钙质砂导热系数计算模型。试验结果表明:(1)水泥胶结钙质砂的导热系数λ显著大于天然钙质砂的λ值,随着水泥掺量P的增加,λ值递增,但增长幅度依次递减;(2)水泥胶结钙质砂导热系数λ随含水率ω的增加而递增,呈正相关关系;水灰比W/C越大,λ反而越小;(3)水泥胶结钙质砂内微孔隙大小、数量的变化从本质上决定了其宏观热传导特性,凝胶状水化产物连续填充其内部孔隙,引起其孔隙率降低,改善砂样内部传热,宏观表现为其导热系数λ随着胶结程度的增加而递增;(4)综合考虑P_(s)、ω、W/C的3个因素共同影响的水泥胶结钙质砂导热系数计算模型具有很好的适用性,相关系数R^(2)=0.9164。

考虑颗粒形状和破碎的胶结钙质砂力学行为离散元模拟研究

钙质砂作为一种建筑材料,近年来广泛应用于我国南海岛礁工程建设中。本文通过建立考虑钙质砂真实颗粒形状和颗粒破碎的胶结钙质砂离散元模型,研究了二维剪切条件下试样的宏微观力学行为,包括应力-应变行为、颗粒破碎、胶结破坏、位移场和裂纹随剪应变的演化规律,讨论了颗粒形状、颗粒粒径范围、颗粒强度和水泥胶结强度对胶结钙质砂力学行为的影响规律。结果表明,钙质砂颗粒粒径区间越宽,胶结钙质砂的强度越高。同一级配条件下,考虑真实颗粒形状的胶结钙质砂试样比圆颗粒试样的强度更高,试样总体颗粒破碎率也更高。钙质砂颗粒的强度越高,胶结钙质砂的性能越好。但是提高水泥的强度对胶结钙质砂力学性能的影响并不显著。本文的研究结果可为实际工程中钙质砂的加固提供理论依据。

不同水泥掺量胶结钙质砂的导热性能及微观结构分析

钙质砂的导热性能影响周围土体的传热过程,引起不同环境温度下钙质砂的工程力学性能变化及灾害效应。基于热针法分析5种不同水泥掺量(P_(s)=5%、7.5%、10%、12.5%、15%)胶结钙质砂的导热系数变化规律,利用SEM、MIP、NMR技术综合揭示该过程中胶结钙质砂微观孔隙结构变化的本质特征,在此基础上阐释热特性演化的微观机理。试验结果表明:胶结钙质砂的导热系数λ随水泥掺量P_(s)的增大而递增,P_(s)小于10%时,λ呈线性递增,P_(s)大于10%时,λ增长缓慢;随着水泥掺量P_(s)的增大,胶结钙质砂中孔隙数量越来越少,孔隙占比下降明显,但P_(s)增大到10%后,总孔隙面积、孔隙数量、孔隙率等微孔隙结构参数变化减缓;不同水泥掺量胶结钙质砂的导热系数λ与其微观孔隙结构变化呈负相关关系,本质原因在于凝胶状的水泥水化产物连续填充了胶结钙质砂孔隙,降低了其孔隙率,改善了砂样内部传热,宏观表现为其导热系数λ随水泥掺量P_(s)的增大而增大。

水泥胶结钙质砂地层中单桩竖向承载特性试验研究

钙质砂属于岩土工程中一种特殊的岩土材料,除具有颗粒形状不规则、易破碎等特征,还具有胶结性。针对钙质砂具有胶结性的地质现状,通过室内模型试验研究了胶结钙质砂地层中钢管桩的承载能力、沉降情况及其影响因素,同时与未胶结钙质砂中的桩基承载特性进行了对比。研究结果表明:与未胶结钙质砂中的钢管桩相比,胶结钙质砂的相对密实度对桩基承载力影响程度明显减弱,桩的承载形式依然表现为端承桩,随着钙质砂胶结程度的提升,桩端阻力承载占比越来越高;胶结程度较高的钙质砂地层中桩身侧摩阻力发挥存在异步过程,这是因为桩基沉降时桩身下部破坏砂层形成了更为紧密的新接触面,该接触面对桩身的径向膨胀更为敏感;胶结钙质砂中桩基q_(s)-S_(u)曲线没有出现明显的硬化阶段,与未胶结钙质砂地层中桩基的q_(s)-S_(u)多段折线变化规律不同,胶结钙质砂地层中桩基的q_(s)-S_(u)曲线更为接近双曲线线型。

胶结钙质砂与钢界面剪切力学特性的试验研究

在珊瑚礁上进行桩基工程建设很容易引起钙质砂胶结破坏和颗粒破碎,桩侧摩阻力减小,最终导致桩的承载力降低。为研究胶结钙质砂与结构物界面力学特性,以掺入硅酸盐水泥制备的胶结钙质砂为研究对象,利用室内应变控制式直剪仪,开展了一系列胶结钙质砂与钢界面剪切试验;探究了法向应力、粗糙度对界面强度的影响,并与相同粒径的未胶结钙质砂界面剪切试验结果进行了对比。研究结果表明:法向应力和粗糙度是影响接触面强度的重要因素。随着粗糙度的增大,当胶结钙质砂界面剪切破坏时,先发生界面滑移剪切破坏,继而发生界面附近胶结钙质砂剪切破坏。低法向应力下,胶结钙质砂和未胶结钙质砂界面剪切特性很接近,高法向应力下,两种钙质砂剪切特性差异较大。

贵州中三叠统上部垄头组的沉积性质——再论其钙结壳的成因

钙结壳是土壤层之下的岩石在出露地表渗流带环境内受大气雨水的溶解,并通过上覆土壤层的淋滤而成的产物。由于雨水的不断的溶解,使原始的岩石或沉积物发生破裂,从而形成各种大小的砾块或砾石。随着雨水不断的溶解,雨水逐渐增加 CaCO_3的含量。这些富含碳酸钙的雨水,当它流到位于潜水面之上的下渗流带时,就在土壤层之下、原来岩石之上沉积了特殊的、层纹状方解石胶结物。它们往往覆盖岩石表面或沿着砾石的外缘、呈包覆状沉积,从而形成典型的层纹状钙结壳。渗滤豆粒的外皮也属于层纹状钙结壳的性质,这些外皮有向下方加厚的趋势,这表明渗流带的含碳酸钙的雨水,受重力作用影响下,具有往下悬垂现象,类似于洞穴内的钟乳石。豆粒之间的相互衔接呈多边形构造,也表明它是受重力作用而形成的构造。

东营凹陷古近系沙河街组砂岩透镜体钙质结壳形成机理及其对油气成藏的影响

东营凹陷古近系沙河街组沙三段主要由深色泥岩组成,其中砂岩透镜体发育。在砂岩透镜体与泥岩接触带的钙质结壳是含油气盆地泥岩(烃源岩)—流体(油、气、水)—砂岩(储集岩)相互作用过程中的产物。烃源岩—地层水相互作用生成的有机酸促使烃源岩中矿物、特别是碳酸盐矿物溶解。烃源岩中生成的烃类流体和地层水,在驱动力的作用下,向临近的砂岩透镜体内运移,同时携带含碳酸盐的有机酸一起运移。烃源岩—水溶液作用后的流体重新进入到一个新的储集岩后,在新的物理化学环境中要与储集岩再次发生作用。流体与储集岩作用的直接结果是方解石和白云石沉淀到储集岩中,它们将占有原岩的部分孔隙空间,形成胶结物,进而形成钙质结壳。这样形成的碳酸盐胶结物为晚期胶结物,主要为含铁方解石和铁白云石。砂岩透镜体碳酸盐胶结物含量与孔隙度、渗透率和含油饱和度存在很好的负相关性。钙质结壳的存在使得孔隙结构也发生变化原生孔隙被碳酸盐胶结物充填,发育的次生孔隙是碳酸盐胶结物的晶间和晶内微孔隙;压汞曲线较陡,排驱压力和中值压力高;喉道偏细,分选较差。东营凹陷牛35井沙三中段2939～3003m井段6个主要砂层组的精细解剖表明,砂岩透镜体与泥岩接触带的钙质结壳是控制砂岩透镜体成藏的重要因素。

航空γ能谱测量数据在西澳伊尔岗地区钙结岩型铀矿勘查中的应用

以西澳伊尔岗钙结岩分布区为例,在分析区域铀矿预测要素的基础上,利用多参数组合和监督分类2种方法对航空γ能谱测量数据进行处理和分析,开展钙结岩型铀矿的成矿预测研究。根据航空γ能谱数据铀、钍、钾元素之间的地球化学特征差异,利用ERDAS软件空间建模工具计算古铀量、铀富集系数,识别铀源区和铀后生富集区。利用特征空间域的贝叶斯决策准则监督分类技术,提取研究区多级航放示矿信息,经过综合分析,最终圈定7片钙结岩型铀成矿远景区。

酸性环境中钙质胶结砂岩的化学损伤模型

针对大部分工程中常见的砂岩最可能、最不利的化学环境———酸性环境中的力学性质的衰变、弱化问题,对钙质胶结长石砂岩进行了室内不同pH值溶液的模拟试验,对所得到的抗压强度试验及CT扫描试验结果进行了分析与总结,发现砂岩中主要胶结物CaCO3的溶解是岩石强度和变形衰减的主要原因,在此基础上利用化学动力学理论和损伤力学理论提出了可应用于酸性溶液的岩石化学损伤强度模型,并用室内实验结果对所提模型进行了检验与验证。

和厚朴酚自微乳结冷胶钙微丸的制备及其特性研究

目的制备载和厚朴酚自微乳结冷胶钙微丸(calcium-gellan beads containing honokiol self-microemulsifying drug delivery system,GB-HSMEDDS),研究其特性。方法采用离子凝胶法制备GB-HSMEDDS,以包封率为指标,单因素实验考察结冷胶浓度、钙离子浓度、交联时间、投药量对药物包封率的影响,对优化后的微丸在HCl(p H 1.2)及PBS(p H 6.8)溶液中的溶胀及释放特性进行研究。结果通过优化,选取结冷胶浓度为1.25%,Ca Cl2浓度8%,和厚朴酚自微乳化给药系统(self-microemulsifying drug delivery system,SMGDDS)与结冷胶溶液质量比(g/g)为0.15,交联时间15 min为制备条件,包封率为(64.0±2.8)%,微丸在PBS中的溶胀度大于在HCl溶液中的,药物在HCl溶液中2 h的累积释放超过50%,而在PBS中的不足20%。结论成功制备了含和厚朴酚SMEDDS的结冷胶钙微丸,有望成为SMEDDS固体化的良好载体。

华蓥山地区二叠纪生物礁顶部钙结壳的岩石学特征及成因探讨

华蓥山地区上二叠统长兴阶生物礁顶部普遍存在一套数米至十余米厚的钙结壳．含有钙结壳中常见的渗滤豆石、钙质结核、蜂窝状构造、根模、钙化细菌丝体、花瓣构造、微型钟乳石等典型组构，并伴有变形构造、溶蚀构造和角砾化等现象。这套钙结壳的发现对研究华南二、三叠纪之交的古气候，古地理和沉积发育史具有重要意义，本文主要描述钙结壳的岩石学特征，并简要讨论了本地区钙结壳的成因。

钙结岩型铀矿勘查中活性炭吸附测氡方法应用——以纳米比亚欢乐谷南部地区为例

在纳米比亚欢乐谷南部地区开展的活性炭吸附测氡方法应用试验结果显示,氡异常能够较好地反映隐伏钙结岩型铀矿化信息,而且铀矿体上方土壤中的氡浓度随深度增大的变化率要明显大于无矿地段,前者为后者的5~16倍。在测区的西南部圈定了一处面积约为5km2的氡异常,经地质探槽揭露,伽马能谱当量U含量高达500×10-6,并在探槽内发现了次生铀矿物,推断此处氡异常是由钙结岩型铀矿化引起的,为进一步的地质找矿工作提供了有价值的线索。

钙结岩记录的古环境变化研究进展

较系统地评述了利用钙结岩进行古环境研究的现状,指出了研究中应注意的问题和在国内古环境研究中的应用前景.土壤钙结岩中有机质的δ13C被广泛地应用于重建过去的生态环境;土壤碳酸盐包含的C、O稳定同位素组成能够指示土壤形成的气候,同时也是研究植被演替、古气候变化、水文条件变化的重要手段.国内有关钙结岩的研究主要局限在土壤钙结岩及土壤碳酸盐,且集中在相对干旱的北方地区,而来自南方的报道很少.应加强对南方地区钙结岩的研究,特别是对地下水钙结岩的研究.在研究中,应注意区分原生与次生碳酸盐、定量古环境重建、年代测定和钙结岩形成机理等问题.尽管利用钙结岩稳定同位素的组成来解释古环境存在不确定性,但是由于影响稳定同位素比率组成的因素已经被熟知且它们的影响相对微弱,基于详细岩石学观察的微量取样及相应的同位素测定、测年技术可以避开这种不利影响,因而有较好的应用前景.

陆相碎屑岩中钙质胶结物沉淀机制及油气储集意义——来自济阳坳陷孔店组和川西须家河组的对比研究

通过阴极发光、扫描电镜、包裹体测温、碳氧同位素和化学离子等实验对济阳坳陷孔店组和川西地区须家河组碎屑岩中的钙质胶结机理进行研究。结果表明:钙质胶结类型主要为碳酸盐、硬石膏和萤石胶结,其微观特征受胶结时间和环境等影响;钙质来源和控制沉淀的因素共同影响着钙质胶结机制,大气水淋滤作用、长石的溶蚀、压实—压溶作用、有机盐岩热化学作用和黏土矿物转化是钙质胶结物中钙质的主要来源,钙质胶结物的沉淀并不是受单一因素影响,而是由多种因素共同作用形成,温度压力、p H值和化学离子的浓度等是控制钙质胶结物溶解沉淀的关键因素;钙质胶结通常分为早、中、晚3期,储层的物性受钙质胶结期次的影响,成岩早期钙质胶结物对储层具有建设性,成岩晚期钙质胶结物对储层具有破坏性。

河控三角洲前缘钙质胶结分布规律及其成因——以东营凹陷永安镇油田为例

以东营凹陷永安镇油田沙河街组二段河控三角洲前缘储层为研究对象,通过对岩心样品的分析化验、扫描电镜以及测井曲线等资料的综合统计和分析,明确了钙质胶结的垂向分布规律及其成因。研究表明:在河控三角洲前缘储层中,垂向上钙质胶结主要分布在反韵律砂体的顶部和中部,均质韵律砂体的顶底部,而薄层砂岩易被整体胶结;自陆地向湖盆方向,随着微相及岩性组合的过渡,钙质胶结也由不易发育向顶底及中部发育,再过渡到薄层整体钙质胶结。究其成因,是在早成岩B期,碎屑矿物的溶蚀和黏土矿物演化过程中形成的高浓度碳酸盐离子流体在不同微相、粒度及砂泥岩接触关系的控制下,形成的碳酸盐胶结程度的差异。