砒砂岩风化侵蚀监测及其特性研究

论文摘要

砒砂岩是我国黄河中上游流域一种由砂岩、砂页岩和泥质砂岩所构成的特殊松散岩石互层,由于其颗粒间胶结程度差、结构强度弱等特点,遇水很快发生溃散,在冻融、重力、水力等外力作用发生崩塌、泻溜等现象,故砒砂岩地区植被退化严重,土壤侵蚀剧烈,是我国水土流失最为严重的区域,也是黄河中游的主要产沙区域。目前对于砒砂岩侵蚀的研究主要集中在冻融、水力、重力等方面,而对由于环境因素（温度、湿度等）变化引起的风化侵蚀的研究较少。本文在充分借鉴前人研究成果的基础上,将内蒙古鄂尔多斯高原地区特有的砒砂岩作为研究对象,采用试验和理论分析相结合的方法,监测干湿循环作用下砒砂岩的微观结构损伤演化过程,研究其宏观力学特性的变化规律,基于损伤力学的基本理论,建立了砒砂岩在干湿和荷载耦合作用下的本构关系,对研究砒砂岩边坡的稳定性、预测岩体的寿命,遏制灾害发生、降低环境损伤具有较好的理论指导意义。本文的研究内容如下:（1）采用X射线衍射仪和超景深三维显微观测系统对不同深度砒砂岩的矿物成分、微观结构进行检测,研究了不同深度砒砂岩的风化特性,为后期干湿循环试验采样提供理论基础。试验结果发现不同深度的砒砂岩因为受到不同程度的风化作用,在矿物组成含量和裂隙发育程度上有所不同。浅层砒砂岩受外界环境的影响,矿物成分发生水解反应,扩大了颗粒间的孔隙,风化程度加深。（2）采用场发射环境扫描电子显微镜（ESEM）和X射线衍射仪对不同干湿循环周期后的砒砂岩裂隙发育状况、物化性能变化进行监测,建立了砒砂岩的矿物组成、微观结构与干湿循环周期之间的关系,分析了干湿循环试验条件下砒砂岩细观损伤演化机理。监测结果发现随着干湿循环次数N的增加,砒砂岩的吸水率逐渐减小,次生矿物组成增加,颗粒间孔隙增大,颗粒间的联结减弱,且各个参数变化均在前期较为显著,后期变化逐渐缓慢。（3）采用万能试验机对不同干湿循环周期后的砒砂岩进行单轴压缩试验,通过分析不同干湿循环周期后砒砂岩的破坏形态、应力-应变曲线、抗压强度以及弹性模量的变化规律,研究干湿循环对砒砂岩力学特性的影响。试验结果发现随着干湿循环次数N的增加,砒砂岩的主宏观破坏面与横截面的角度逐渐增大,岩样破坏面的破坏程度逐渐增大,并伴有平行次裂缝的产生;抗压强度、弹性模量等力学参数逐渐减小,且前期衰减速率较快,后期逐渐减缓,可以采用函数(4=A+Bln?(N+D)拟合干湿循环次数N和峰值应力或弹性模量之间的关系。表明干湿循环对砒砂岩造成了不可逆转的损伤,且前期损伤较为明显。（4）根据干湿循环作用下砒砂岩的单轴压缩试验结果,采用适用于岩石的改进的Duncan-Chang模型,结合基于损伤力学和统计学的基本理论定义的基于Weibull分布的损伤变量,建立了砒砂岩的两段式非线性本构模型,提出了干湿循环作用下砒砂岩累积损伤本构模型。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 瞿冯

导师: 杨才千,李今保

关键词: 砒砂岩,干湿循环,细观损伤,宏观劣化,非线性本构

来源: 东南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 东南大学

基金: 国家重点研发计划《砒砂岩区生态安全保障技术》(课题编号:2017YFC0504505)

分类号: TU45

DOI: 10.27014/d.cnki.gdnau.2019.001389

总页数: 76

文件大小: 4029K

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