铀、钍在花岗岩单裂隙中的运移

利用自制花岗岩水平单裂隙实验装置与有机玻璃裂隙对照装置,采用脉冲注入法,研究了饱水单裂隙中铀(Ⅵ)和钍(Ⅳ)混合元素作为溶质的运移情况。获得了两个元素浓度随时间的变化曲线及核素的运移参数,得到以下结论:(1)元素在花岗岩单裂隙中的运移能力与裂隙中水流流速有关,流速越小,峰现时间越晚,元素的相对浓度越小,拖尾现象越明显;(2)花岗岩单裂隙中,等流速、等运移距离条件下,钍的相对浓度小于铀,并且随着流速减小和运移距离增长,差异逐渐增大,表明铀在花岗岩中的运移能力强于钍,主要与元素化学性质有关;(3)对比空白裂隙,元素在花岗岩单裂隙中的穿透曲线有明显的峰值削弱、峰现时间滞后和拖尾现象,表明花岗岩对铀、钍运移的阻滞效果十分理想。

单轴压缩条件下单裂隙花岗岩力学特性及破坏特征

为研究含贯通单裂隙花岗岩的力学特性及破坏特征,以我国高放废物地质处置甘肃北山预选区完整花岗岩及含倾角30°、45°和60°贯通裂隙的花岗岩为研究对象,开展单轴压缩试验研究.结果表明:裂隙倾角越大,试样的单轴抗压强度、损伤应力以及弹性模量越低;与完整岩石相比,倾角30°、45°和60°裂隙花岗岩的抗压强度分别下降7.97%、29.17%和71.68%,损伤应力分别下降9.35%、24.26%和69.79%,弹性模量分别下降5.89%、23.32%和60.49%.裂隙倾角不同,试样的应力-应变曲线呈现出显著的差别;裂隙倾角越大,损伤应力至峰值应力之间的屈服阶段越明显,发生沿裂隙面滑移破坏特征越显著;裂隙倾角影响花岗岩的破坏模式,试样的破坏形式主要表现为穿裂隙面破坏(倾角30°)、穿裂隙面破坏和沿裂隙面滑移并存的复合破坏(倾角45°)以及沿裂隙面滑移破坏(倾角60°);倾角60°的裂隙花岗岩的抗压强度与试验前后裂隙面的分形维数差符合幂函数增长关系.

三轴压缩条件下单裂隙花岗岩破坏特性研究

基于常规三轴压缩室内试验分析不同倾角和张开度的单裂隙花岗岩宏观破坏特性,进一步结合颗粒流离散元分析法,对裂纹扩展、能量转化等规律进行探究,结果表明:裂隙倾角α对岩石力学特性影响显著,随着α增加,弹性模量呈现单调增大趋势,同时三轴抗压强度表现出先减小后增大规律,在约60°时达到最小值;随着裂隙倾角的增加,岩石破坏模式逐渐由拉剪混合破坏向宏观剪切破坏转变;裂隙张开度增大,将导致岩石三轴抗压强度大幅下降,围绕初始预制裂隙形成更宽的破碎带;岩石破坏过程中,裂纹数量整体呈“S”型累积,其突变点与应力-应变曲线的弹、塑性和破坏特征点一致;能量耗散与细观劣化特征具有较好的相关性,岩石结构劣化及失稳破坏本质上是能量储存、耗散、释放的过程。

支撑剂对单裂隙花岗岩的渗流特性与热交换影响试验研究

裂隙岩体地热资源的开发过程主要涉及裂隙渗流与热量交换两方面的问题。针对这2个问题,从室内试验出发,以平直裂隙、粗糙单裂隙花岗岩岩样为研究对象,分析支撑剂在不同渗压、围压与温度条件下对单裂隙花岗岩的导水特性和能量交换率的影响。试验结果表明:平直裂隙与粗糙裂隙的等效水力开度和水力传导系数均随渗压的增加而不断增大,随围压和温度的升高而降低,在同一条件下,平直裂隙的等效水力开度和水力传导系均略低于粗糙裂隙。支撑剂对粗糙裂隙的导流能力有着显著的提升,当增大渗压时,4组粗糙裂隙水力传导系数为1.25～2.45mm/s,而添加支撑剂后,其水力传导系数为15.30～28.64mm/s,经计算可知,含支撑剂裂隙水力传导系数是粗糙裂隙岩样的9～16倍;当增大围压和温度时,虽然粗糙以及含支撑剂裂隙水力传导系数均不断减小。但含支撑剂裂隙的水力传导系数仍比未添加支撑剂的粗糙裂隙大一个数量级以上。最后,对3种裂隙岩样的热交换效率进行分析,得出支撑剂裂隙岩样的能量交换率是平直裂隙、粗糙裂隙的9～33倍。

地下水封洞库单裂隙花岗岩纵波速度变化规律与预测模型

揭示裂隙岩体纵波速度变化规律对工程岩体质量分级与稳定性评价具有重要意义。以某地下水封洞库无充填型单裂隙花岗岩为研究对象,基于钻孔电视成像、水压致裂法地应力测试与声波全波列测井,获取了384组单裂隙花岗岩的几何特性、受力状态与纵波速度,构建起了预测单裂隙花岗岩纵波速度的进化-神经网络模型,分析了关键指标影响下单裂隙花岗岩纵波速度的变化规律。研究表明:该水封洞库单裂隙花岗岩纵波速度分布于4300~5330 m/s之间,82.3%的纵波速度在4700~5200 m/s之间;选取裂隙法向应力、平均张开度与倾角作为单裂隙花岗岩纵波速度的预测指标是合理可行的;将现场测试数据分为训练样本与测试样本,基于遗传算法优化神经网络权值、阈值的进化-神经网络模型构建出单裂隙花岗岩纵波速度预测模型,其测试误差最大仅为2.9%,85%的样本测试误差不超过1.5%,预测模型精度较高。分析了纵波速度变化规律,发现单裂隙花岗岩纵波速度随裂隙法向应力增大而增大,但当法向应力增至5 MPa后的纵波速度增大速率逐渐减小,纵波速度随裂隙张开度增大而逐渐减小,纵波速度在裂隙倾角小于40°时无明显变化,此后纵波速度随倾角增大而增大。

温度对花岗岩导热系数的影响研究

为查明温度对花岗岩导热系数的影响,基于DRE-2C导热系数测试仪测试花岗岩温度从常温到110℃下的饱和和干燥状态下的导热系数,并与理论结果进行对比,研究结果表明:随着温度的升高,完整花岗岩和单裂隙花岗岩在干燥和饱和状态下的导热系数先随着温度的升高而迅速降低,当到达一定温度后,随着温度升高,导热系数的变化幅度较为缓慢;对比饱和状态和干燥状态下的完整花岗岩和单裂隙花岗岩,均可发现在相同温度下饱和状态下的岩样导热系数大于干燥状态下的导热系数。平直光滑的单裂隙花岗岩在裂隙充满水的情况下,其在不同温度下的等效导热系数与花岗岩在不同温度下导热系数和厚度以及水在不同温度下的导热系数有关。