考虑重金属污染岩石侵入面损伤的本构模型

基于酸碱质子理论,探讨了重金属污染物渗入岩石后的侵蚀机制,并通过对流-弥散模型分析了元素铅(Pb)、镉(Cd)、铜(Cu)、锌(Zn)的延伸性能;采用黏弹性和损伤性单体模型组合法建立了重金属污染岩石的三维组合延伸裂变模型,探讨了不同延伸速率下侵入面的变形规律,并通过三轴静载试验对模型拟合结果进行了验证。结果表明:不同的重金属污染物在岩石中的侵入性能与延伸性能不同;岩性不同的污染岩石在同种试验条件下本构曲线与组合模型的拟合结果具有较好的一致性。

重金属污染物侵入对岩石力学性能影响的研究

通过抗剪强度试验、风化耐久性强度试验、耐崩解试验、点荷载试验,对受重金属污染的泥岩、页岩、砂岩的力学强度变化特性进行了研究,并根据试验结果绘制了3种岩石抗压强度与重金属含量的关系曲线,采用线性回归法分析了岩石抗压强度与重金属质量比的相关关系。研究结果表明:在岩性、含水量、试验条件等相同的条件下,3种重金属污染岩石的力学强度都随着重金属污染物含量的增加而减小;重金属污染的泥岩、砂岩和页岩的单轴抗压强度与重金属质量比关系分别呈幂函数(泥岩、砂岩)、对数函数(页岩)关系,关系分化度为较显著-显著负相关。根据Weibull分布定律与对流-扩散特性建立了重金属污染物侵入与延伸性能方程,并对泥岩试验结果进行了计算,绘制了侵入性能、延伸性能与时间的关系曲线。结果表明:4种金属元素在泥岩中平均侵入性能与延伸性能的大小顺序为Cd2+>Pb2+>Cu2+>Zn2+,且元素活性越大,侵入能力与延伸能力越强,侵入性能随着时间变化而逐渐减小,延伸性能随时间变化而逐渐增加。

重金属污染对岩石风化性能影响的研究

通过室外观测试验、室内模拟干湿循环试验、四面临空风化剥落试验,对重金属污染岩石的风化性能进行研究,并根据试验结果绘制重金属质量比与岩石风化的关系拟合曲线。室外观测试验结果表明,污染水侵入量越大,岩体构造越破碎,岩类越软,则风化作用越剧烈;室内模拟干湿循环试验结果表明,岩石受重金属污染暴露面积越大,其受各种风化应力的破坏及影响越大,风化速度越快;四面临空风化剥落试验结果表明,重金属污染物侵入破坏了岩体结构,加剧了岩石的裂隙化程度,改变了岩石的矿物组成和化学成分,物理力学性质和水理性质也发生改变,岩石强度及整体稳定性大为降低;拟合结果表明,重金属污染岩石风化剥落厚度与重金属质量比关系呈多项式型相关关系,其曲线呈抛物线型,为较显著相关。重金属污染岩石风化试验与相关关系研究结果对指导岩质边坡的设计、施工、治理以及维护均具有现实的重要意义。