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灰岩拉伸过程中细观结构演化的分形特征 总被引：3，自引：1，他引：2
岩石损伤演化的本质在于内部微细观结构发生了不可逆的劣化,它会在岩石表面体现出来。通过带扫描电镜的伺服试验机对岩石进行了拉伸试验,实时采集了岩石变形破坏过程中表面细观形貌的SEM照片。试验表明岩石在变形破坏过程中表面形貌将发生不可逆的演化直至最终出现宏观拉伸裂纹。针对SEM照片,借助数字图像处理的方法进行了阈值分割及边缘检测,计算出SEM数字图像的分形维数作为描述岩石表面细观形貌的参数。研究表明,随着载荷的增大,岩石表面的分形维数也逐渐增大,岩石的损伤程度加剧。 相似文献
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岩石裂隙的非饱和渗透特性是岩土、能源和环境等领域科学研究中的热点问题。采用三维激光扫描获取花岗岩裂隙的表面形貌特征,分析裂隙微观形貌特征对非饱和渗透特性的影响。研究在张拉、压缩、剪切等复杂荷载作用下裂隙开度分布的演化规律,建立复杂荷载作用下岩石裂隙非饱和毛细压力曲线演化模型。基于裂隙的微观形貌特征推导了岩石裂隙非饱和相对渗透系数模型,通过与试验数据对比,验证了模型的准确性和有效性,并在此基础上建立了复杂荷载作用下岩石裂隙非饱和相对渗透系数演化模型。研究成果对非饱和条件下裂隙岩体的水-力耦合机制研究具有一定指导意义。 相似文献
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实际赋存环境中损伤岩体普遍存在,选取典型砂岩进行蠕变、饱水损伤模拟,进行不同影响因素作用下的岩样损伤变量分析计算,并进行不同影响因素作用下的损伤砂岩卸荷破坏试验,利用ST400型三维表面形貌仪对损伤砂岩卸荷破坏表面进行形貌特征参数对比分析,探讨蠕变、饱水损伤对卸荷破坏面形貌变化影响机制。通过损伤变量分析表明:弹性模量法能较好地反映不同影响因素作用下的岩样损伤程度;而超声波检测法对水敏感性强,不能准确描述蠕变劣化岩样饱水后的损伤程度。不同损伤程度试样卸荷破坏面形貌高度特征参数及分形参数分析表明:蠕变、饱水损伤增加了破坏面的整体粗糙程度,使破坏面形貌的离散性和波动性较大;蠕变、饱水损伤导致试样破坏面形貌平整度较低、各向异性显著,且分形维数随着试样由负损伤向正损伤转化出现先减小后增大的趋势;对比分析两组试样可知,蠕变损伤后的饱水作用对试样破坏面形貌特征影响不显著,蠕变损伤仍起控制作用。 相似文献
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应力作用下岩石的化学动力学溶解机制研究 总被引：2，自引：0，他引：2
通过结合化学热力学及动力学、过渡态理论和岩石力学等方面的知识,建立了应力作用下岩石的溶解动力学模型,分析了应力作用对岩石固相物质活度及矿物溶解动力学速率的影响,探讨了应力作用下水岩相互作用机制。研究结果表明：岩石所承受应力与周围流体压力之间存在的应力差所产生的化学势差是应力作用下溶解反应的驱动力;应力的施加显著提高了岩石中固相物质的活度,由此加快了矿物溶解反应的动力学速率;应力作用下的岩石细观溶解机制可根据固液界面应力分配及优先溶解部位上的差别分别用水膜扩散模型或岛渠模型进行描述;应力作用下水岩相互作用存在着应力、化学与渗流的3场耦合问题：应力推动化学反应的发生,化学作用使得岩石表面的细观形貌发生改变,局部的应力分布及大小也随着形貌的变化而改变,进而影响化学反应发生的位置及进程,同时也改变渗流通道的演化规律 相似文献
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岩体节理表面形貌的各向异性研究 总被引：5，自引：0，他引：5
本文根据激光表面仪测量的节理表面形貌数据,通过将高度分布转化为斜率分布、并对斜率分布采用频谱分析的方法,研究了节理表面形貌的各向异性特征。一般的统计参数只能给出节理表面剖线某种性质的平均测度,很难捕捉节理表面的各向异性性质。而功率谱密度全面反映了节理表面形貌中大尺度上的起伏和小尺度上的涨落,具有一般统计参数不可比拟的优越性,通过定义累计功率谱密度指数psd*的方法,定量地表征了岩体节理表面的各向异性。 相似文献
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珊瑚砂粒形状及粗糙度等微细观特性影响着砂土的宏观力学性质,采用图像处理技术对珊瑚砂粒的长宽比、面积、圆度、分形维数进行了分析。使用3D测量显微镜对砂粒的表面粗糙度,界面扩展面积比、峰顶点的算数平均曲率进行了测量计算。试验结果表明:大部分珊瑚砂颗粒的长宽比介于1.2~1.5之间,且长宽比呈现出负偏态分布。砂颗粒的圆度则主要集中于0.75~0.9区间,其表现为负偏态分布。砂颗粒的面积主要在0.015~0.035 cm2之间,颗粒面积为正偏态分布。砂粒的分形维数D基本介于1.04~1.10之间,表明砂颗粒具有很强的自相似性。粗糙度的分析结果表明,珊瑚砂颗粒表面平整度差,分布有较多的侵蚀坑,局部存在尖锐的凸起,砂粒表面粗糙度Sa为20.078 μm。界面扩展比Sdr为0.167,砂颗粒表面分布有若干倾斜面。峰顶点的算数平均曲率Spc为216.641 mm-1,显示出砂颗粒之间的接触较为尖锐。上述研究结果可为珊瑚砂宏微观力学特性研究提供参考。 相似文献
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《岩土力学》2017,(2):525-533
描述岩石结构面形貌特征的一个重要作用就是为了能更好地理解结构面的剪切行为。首先,从结构面剪切具有方向性的特点出发,抓住在剪切方向上对剪切行为起关键作用的结构面形貌特征,提出描述结构面形貌特征的参数抗剪系数SC。该参数描述了在剪切方向上二维形貌的起伏特征、起伏的统计分布特征以及高度特征,并且还可以表征结构面形貌的方向性。同时,在对10条节理粗糙度系数JRC标准曲线的数字化基础上,建立了抗剪系数SC与JRC值之间的拟合关系。基于三维白光扫描技术得到的自然岩石结构面的点云数据,进一步将抗剪系数SC进行了三维化扩展,使其能够较好地描述结构面的三维形貌特征。最后,以某自然岩石结构面为算例,用三维抗剪系数SC3D度量其沿不同分析方向上的形貌特征,结果表明,抗剪系数能很好地表征结构面形貌特征的各向异性。 相似文献
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基于核磁共振的脆硬性泥页岩水化损伤演化研究 总被引：1，自引：0，他引：1
为研究脆硬性泥页岩水化后细观结构的损伤演化特征,利用核磁共振技术对不同浸泡时间的脆硬性泥页岩试样进行测量,得到不同浸泡时间的试样质量变化、横向弛豫时间T2谱分布以及核磁共振成像。结果表明：水化作用会对岩石内部产生损伤,岩样吸水率在最初的8 h内变化相对较大,1 d后相对接近稳定,之后变化不明显。随着浸泡时间的延长,微裂缝在水化的作用下快速扩展、贯通使岩样表面产生明显裂纹。核磁共振T2谱图和成像结果表明,水化作用使岩样微观结构重新分布,T2曲线信号幅度发生明显的变化,并随着浸泡时间的延长而增加。整个水化损伤分为3个阶段：大尺寸孔隙裂纹发展阶段;小孔隙产生、大尺寸孔隙裂纹加剧扩展;小孔隙加剧产生扩展、大尺寸孔隙裂纹归并贯通至水化破坏阶段。核磁共振图像显示同一块岩样在不同浸泡时间的内部微观结构分布,动态地显示岩石的水化损伤过程。 相似文献
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以粒径0.45μm为悬浮态和溶解态区分界限,采用高分辨电感耦合等离子体质谱(HR-ICP-MS)法,测定并分析了南通市沿江地区潜水的稀土元素质量浓度、形态、分布特征和分配模式,为识别地下水污染来源提供依据。结果表明:潜水中稀土元素质量浓度很低,溶解态稀土元素的质量浓度均值和空间分布均衡性高于悬浮态。潜水中溶解态轻稀土元素质量浓度、分布均匀性高于溶解态重稀土元素。潜水溶解态稀土元素质量浓度在Eh50mV时,与Eh值正相关;在Eh50mV时呈负相关。潜水溶解态稀土元素呈现Ce负异常,Eu正异常,北美页岩标准化分配模式则表现出轻稀土元素富集现象。溶解态轻稀土元素质量浓度与pH值呈负相关,溶解态重稀土质量浓度与pH值呈正相关。潜水溶解态轻稀土元素富集程度与水动力条件呈现显著的负相关关系,并在空间分布上呈现水平分带,这为从区域水动力条件角度认识地下水中物质的富集效应提供了新的途径。 相似文献
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为了揭示酸性环境对岩石的腐蚀劣化效应，利用CT图像处理技术分析经酸性水域浸泡后长石砂岩的细观组分及结构变化，并利用岛津AGI-250伺服材料试验机开展单轴压缩试验，观察其力学参数劣化情况。试验结果表明:经酸性水域处理后，长石砂岩试件其总体密度降低、分布趋向均一化，局部区域生成了更高密度的矿物成分；次生孔隙增多，试件外部孔隙变化可直观看到，内部孔隙变化可通过最小外接矩形像素面积直接反映；抗压强度、弹性模量、峰值应变最大下降量分别达34.092%，22.016%和13.705%，且反映砂岩强度参数的劣化度相对较高，应变参数的劣化度相对较低；酸性水域中H+浓度充足时，砂岩在酸性溶液中主要以溶解反应为主，H+浓度降低到一定程度后，正长石和斜长石溶解的同时可生成其他自生矿物，当H+消耗殆尽后，反应主要以水解的方式进行。通过将CT图像处理技术运用于经酸性水域处理后砂岩的力学特性变化机理分析，为研究类似岩石等非均质材料的组成及性质提供一种新思路和新方法。 相似文献
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Alexandro Scislewski 《Geochimica et cosmochimica acta》2010,74(24):6996-7007
Mineral dissolution and precipitation reactions actively participate to control fluid chemistry during water-rock interaction. However, it is difficult to estimate and normalize bulk reaction rates if the mineral surface area effectively participating in the reactions is unknown. In this study, we evaluated the changing of the reactive mineral surface area during the interaction between CO2-rich fluids and albitite rock reacting under flow-through conditions. Our methodology, adopting an inverse modelling approach, is based on the measured chemical fluid composition as raw data. We estimated the rates of dissolution and the reactive surface areas of the different minerals by reconstructing the chemical evolution of the interacting fluids. This was done by a reaction process schema that was defined by a fractional degree of advance of the irreversible mass-transfer process and by attaining the continuum limit during the water-rock interaction. Calculations were carried out for albite, microcline, biotite and calcite assuming that the ion activity of dissolved silica and aluminium ions was limited by the equilibrium with quartz and kaolinite.We found that the absolute dissolution rate of albite, microcline, biotite and calcite remains essentially constant as a function of time, and the calcite dissolution rate is orders of magnitude higher than silicate minerals. On the contrary, the reactive surface area of the parent minerals varied by more than two orders of magnitude during the observed reaction time, especially for albite. We propose that the reactive surface area depends mainly on the stability of the secondary mineral coating that may passivate the effective reactive surface area of the parent minerals. 相似文献
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利用断层两盘岩溶水化学特征判断其导隔水性对于我国华北型煤田水害防治具有十分重要的实践意义。以顾北矿F104断层两侧太原组岩溶地下水为研究对象,在分析断层两盘水文地质条件基础上,采用Piper三线图、离子组合比和主成分法,分析了主要组分来源及水-岩作用差异性,并采用PHREEQC软件对岩溶地下水进行反向水化学模拟。结果表明:南北区岩溶水均存在方解石和白云石的溶解和沉淀现象,南区阳离子交换吸附和脱硫酸作用程度强于北区,而北区黄铁矿氧化和岩盐溶解作用较南区明显,南北两区水化学环境及水-岩作用存在显著差异,进而推断F104断层具有较好的阻水性,且影响了其两侧的氧化-还原环境及温度差异,控制着地下水径流方向和水-岩作用程度。 相似文献
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针对某水电站地下洞室裂隙灰岩的渗漏问题,现场采集岩样和库水,设计进行了两种方案的水-岩作用试验,历时360 d,其中,方案1在浸泡过程中定期更换浸泡溶液,模拟地下水的长期浸泡和流动更新现象,方案2主要模拟长期浸泡过程。综合水-岩作用下裂隙面微观形貌特征以及浸泡溶液中离子浓度变化,分析水-岩作用下裂隙灰岩的渗流特性变化特征及机制。研究结果表明：在浸泡过程中,单裂隙灰岩的渗透系数呈“先快后慢”的增大趋势,浸泡360 d后,2.5、3.0、3.5、4.0 MPa等4种侧向应力在两种方案下单裂隙灰岩的渗透系数分别增大了729.90%～384.17%、549.04%～297.45%,侧向应力越小,裂隙岩样的渗透系数增大趋势越明显,增长趋势分别在120 d和90 d后趋于稳定。比较而言,方案1裂隙灰岩的渗透系数增长速率和幅度明显较大,为方案2的1.34～2.07倍。方案1定期更换浸泡库水,保持了浸泡溶液的不平衡状态,使得岩样与浸泡溶液间形成了较大的浓度梯度,增加了反应化学势,加快了裂隙表面矿物溶解、溶蚀速率,而方案2中,长期浸泡使得溶液中离子浓度逐渐接近平衡状态,导致裂隙面矿物溶解、溶蚀速率明显低于方案1。长期水-岩作用使得裂隙面粗糙度和波动性明显减小,局部坡度和起伏度逐渐减小,整体溶蚀深度逐渐增加,据此,建立了水-岩作用下单裂隙灰岩渗流通道演化模型,在长期水-岩作用下裂隙岩样的渗流通道逐渐向吻合度低、开度大的方向演化,从而导致了裂隙岩样等效水力开度及渗透系数的大幅度增长。相关研究思路和成果为裂隙岩体的水-岩作用模拟提供了较好的参考。 相似文献
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岩溶地下水的水化学特征及其水岩作用过程研究对岩溶地下水合理开发利用和污染防治具有重要意义.综合利用水化学分析、主要离子比值、锶含量和87Sr/86Sr比值分析和反向水文地球化学模拟,深入分析了贵阳市地下水和地表水不同季节的水化学特征变化和水文地球化学演化过程.水化学特征分析表明,贵阳市地下水以HCO3·SO4-Ca型和HCO3-Ca·Mg型为主,水化学组成在季节和空间分布上存在一定的规律性变化,地表水与地下水的直接混合对地下水化学组成有一定的影响.锶同位素比值和水文地球化学反向模拟表明,地下水水化学组分主要受岩石风化作用的控制,以方解石和白云石为主的碳酸盐的溶解－沉淀作用以及硫酸盐和岩盐的溶解是控制研究区地下水水化学特征的重要过程,并受上覆孔隙含水层硅酸盐矿物水解的影响. 相似文献
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针对我国广泛分布的碳酸盐-硫酸盐岩混合建造,选择其中的硫酸盐岩作为研究对象,通过室内水-岩和水-岩-细菌两个封闭系统的硫酸盐岩溶蚀模拟实验,模拟了细菌数、温度、时间等因素对反应系统水化学组分的影响,研究了两个系统内的地球化学作用.结果表明,水-岩系统内发生的是硫酸盐岩溶解作用;水-岩-细菌系统内发生了细菌硫酸盐还原作用和细菌硫酸盐还原驱动的硫酸盐岩溶解作用,导致埋藏环境硫酸盐岩岩溶的发育,进而增强了与硫酸盐岩共生的碳酸盐岩的渗透性.研究成果开拓了油气储层古岩溶研究的新思路. 相似文献
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矿井水在煤矿地下水库的停留时间会影响出水中离子浓度水平,而煤矿地下水库运行期间的水岩作用时间规律尚不明晰。为揭示煤矿地下水库不同运行阶段水岩作用的发生类型及强度,结合现场采样测试分析,设计细砂岩–矿井水(S-K)和泥岩–矿井水(N-K)2组水岩相互作用静态模拟试验,从试验前后岩石成分变化及水中主要离子变化2个方面解析水岩作用类型,并结合Q型聚类分析探讨水岩相互作用的时间规律。岩石矿物成分变化表明,水岩作用过程中发生了钠长石、正长石等矿物的溶解以及高岭石、石英等矿物的沉淀;离子比值分析与统计学分析表明,水岩作用过程中还发生了阳离子交换反应以及硅酸盐、蒸发岩等矿物的溶解和碳酸钙矿物的沉淀;Q型聚类分析表明,静态模拟试验水样样本按时间序列可划分为3类,分别代表水岩作用前期(0～0.5 d),中期(1～10 d或1～8 d)以及后期(12～47 d或10～47 d)。结合离子来源解析综合判定：在本试验中,水岩作用前期以阳离子交换反应为主,离子变化主要表现为Na+浓度激增,而Ca2+浓度锐减;中期以阳离子交换反应与矿物溶解-沉淀为主,离子变化主要表现为Na+、K+、Cl-浓度增高,Ca2+、HC... 相似文献
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人工回灌过程中所发生的水-岩相互作用是影响回灌层位地下水环境质量的重要因素。采用室内实验和水文地球化学模拟等技术对人工回灌过程中的水-岩相互作用机理进行了分析。研究结果表明：受混合作用影响,随着回灌水比例的增加,混合水中TDS质量浓度降低,水化学类型由Cl·HCO3-Na型水逐渐转变为HCO3·Cl-Na·Ca型水;受水-岩作用影响,在同一混合比例条件下,随着水-岩作用的进行,混合水中TDS质量浓度升高,各主要离子质量浓度呈现升高的趋势,但只有回灌水比例占10%时,混合水TDS质量浓度才大于原始地下水（涨幅约5%）。实验介质溶解于水的离子中,Ca2+、Mg2+和HCO-3主要来源于碳酸盐矿物的溶解, Na+主要来自岩盐的溶解。在人工回灌过程中,发生的水-岩相互作用主要包括方解石、白云石、钾长石、岩盐、CO2的溶解和伊利石的沉淀。其中:钾长石溶解量与伊利石沉淀量、碳酸盐矿物溶解量与CO2溶解量的相关性较强,其相关系数分别为1.00和0.78（显著性水平为0.05）;硅酸盐矿物反应量和回灌水比例之间的相关系数为0.97（显著性水平为0.01）,相关性极强;而碳酸盐矿物反应量和回灌水比例之间的相关系数为0.52（显著性水平为0.01）,相关性较弱。上述相关性分析为确定人工回灌过程中的水-岩相互作用机理、地下水中主要离子组分的来源途径以及定量分析人工回灌对含水层介质的影响提供了依据。 相似文献
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滑坡体水-岩(土)作用是一种复杂的物理化学综合作用,影响坡体的稳定性,但关于目前水-岩(土)相互作用对地质灾害发生方面的影响研究仍较为薄弱。以贵州省鸡场滑坡为研究对象,分析滑坡区岩土体矿物组成和化学成分特征,结合区域内基岩裂隙水、大气降水的成分变化,利用主成分分析方法,研究鸡场滑坡水-岩(土)作用过程,并分析水岩演化作用对滑坡稳定性的影响。结果表明：(1)滑体内玄武岩的风化过程是一种机械破碎-矿物蚀变耦合的水-岩相互作用,发生在“微观-细观-宏观”3种尺度上;(2)选取前3个因子Z1、Z2、Z3(分别占总方差的49.365%、27.135%、15.092%)分析地下水的化学特征,主因子Z1反映了玄武岩原生矿物的溶蚀作用对地下水化学成分的控制作用,主因子Z2反映了地下水的蒸发作用与SiO2溶解度随pH变化的矿物沉淀作用,主因子Z3反映了地下水与岩(土)体间存在离子交换作用且主参与离子为Mg2+和K+ 相似文献
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为了研究水岩作用对蚀变岩劣化破坏的损伤机理,选取某边坡蚀变岩样为试验对象,对不同饱和-失水次数的蚀变岩进行了岩石力学试验。建立了数学关系式来表达水岩作用对蚀变岩力学性质的劣化规律,借助损伤率的概念分析了循环次数对蚀变岩力学性质的损伤作用。试验结果表明:在水岩作用下蚀变岩的力学性质产生了明显的劣化现象,随着循环次数的增多劣化效果越明显;当岩石的蚀变风化程度相同时,抗拉强度劣化程度最大,弹性模量次之,单轴抗压强度最小;在不同饱和-失水循环次数下,蚀变岩抗拉强度、弹性模量随次数的增加迅速减小,单轴抗压强度出现持续减小的现象;蚀变、风化程度越高的岩石对水岩作用表现出越强的敏感性,随着饱和-失水循环次数的增加,蚀变岩的劣化现象趋于稳定,抗拉强度的损伤率最大达到63%,弹性模量60%,单轴抗压强度48%。 相似文献