化学和冻融循环共同作用后砂岩力学性能的劣化机制研究

发布时间：2017-09-09 20:22

  本文关键词：化学和冻融循环共同作用后砂岩力学性能的劣化机制研究

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【摘要】：在经受地下水、酸雨等化学腐蚀的寒区岩石工程中,岩石的力学性能、变形特性、破坏特征等都受到冻融侵蚀和化学腐蚀双重作用的影响。岩石的损伤程度、孔隙裂隙变化、是否会发生破坏等均与冻融侵蚀、化学腐蚀及其耦合作用密切相关。为研究岩石在冻融循环侵蚀和化学腐蚀耦合作用下的应力-应变特性及孔隙变化,本文设置了不同水化学溶液和不同浸泡天数的正交试验作为对比,在此基础上做了不同冻融循环次数和不同pH值的正交试验,此后进行岩石的单轴压缩试验、声发射测试、超声波检测以及核磁共振检测。论文主要的研究工作包括:将砂岩放置在三种不同pH值的化学溶液中腐蚀并进行冻融循环试验,在此基础上,进行砂岩的超声波检测,对砂岩的纵波波速变化进行探讨,同时记录试验中出现的参数变化及试验现象。砂岩在经受化学腐蚀和冻融循环作用后,进行核磁共振检测、单轴压缩试验及声发射监测,并探讨了不同腐蚀环境下砂岩的孔隙度、T2曲线变化与应力应变变化之间的关系,结合宏细观角度进行分析。将声发射监测数据与应力-应变曲线相结合进行分析,并从能量角度探讨了与声发射之间的联系。试验结果表明,在单纯化学腐蚀和与冻融循环耦合作用下,随着浸泡天数和冻融次数的增加,砂岩的质量、超声波纵波波速均有不同程度的降低,溶液酸碱性有逐渐往中性靠拢的趋势,在中性盐溶液中砂岩冻融后出现了肉眼可见的裂纹;砂岩的峰值强度、弹性模量不断降低,破坏模式均为劈裂破坏;孔隙度有不同程度的增大,T2曲线第二个峰逐渐发育,T2谱面积逐渐增大;声发射事件率、声发射累计计数逐渐减小,在不同化学溶液腐蚀后,最大声发射事件率对应的应力-应变阶段也不同;砂岩的总输入能量、可释放弹性应变能和耗散能均有一定程度的降低,耗散能随着应力增大经历了缓慢增大、保持不变和迅速增大的过程。在一次冻融循环中,在溶液逐渐冻结时,化学腐蚀作用逐渐降低,同时冻胀力逐渐增大;当溶液溶化时,化学腐蚀作用逐渐增强,冻胀力逐渐消失,两种腐蚀作用此消彼长,共同对岩样的力学性能产生影响。
【关键词】：冻融循环 水化学腐蚀 耦合作用 力学特性 核磁共振
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 问题的提出10-11
• 1.2 国内外研究动态11-15
• 1.2.1 水化学作用下岩石力学性质研究现状11-12
• 1.2.2 冻融作用下岩石力学性质研究现状12-14
• 1.2.3 岩石核磁共振研究现状14-15
• 1.2.4 考虑冻融循环作用和水化学作用的研究现状15
• 1.3 研究存在的科学问题15-16
• 1.4 本文主要研究内容和技术路线16-18
• 1.4.1 主要内容16
• 1.4.2 技术路线16-18
• 第2章 试验方案与试样制备18-28
• 2.1 引言18
• 2.2 试验方案18-20
• 2.2.1 水化学溶液配制18-19
• 2.2.2 试验分组19
• 2.2.3 试验流程19-20
• 2.3 岩样制备20-22
• 2.4 试验设备22-27
• 2.4.1 冻融循环试验22-23
• 2.4.2 单轴压缩试验与声发射信号监测23-25
• 2.4.3 声波测试25-26
• 2.4.4 核磁共振测试26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 岩样参数测定与腐蚀现象28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 岩样成分分析28-30
• 3.3 岩样基本物理参数30-31
• 3.4 岩样冻融裂纹31-34
• 3.5 岩样冻融循环过程中的质量变化34-35
• 3.6 岩样冻融循环过程中的p H值变化35-36
• 3.7 岩样腐蚀过后的核磁共振参数36-39
• 3.7.1 T2谱图36-37
• 3.7.2 孔径分布图37
• 3.7.3 岩样饱和度和渗透率37-38
• 3.7.4 岩样成像图38-39
• 3.8 岩样不同腐蚀环境下的超声波特性39-40
• 3.9 本章小结40-42
• 第4章 水化学腐蚀后砂岩力学性能与孔径分布的关联性试验研究42-63
• 4.1 引言42
• 4.2 力学试验结果42-54
• 4.2.1 应力-应变关系42-44
• 4.2.2 峰值应力44-45
• 4.2.3 轴向峰值应变45-46
• 4.2.4 弹性模量46-47
• 4.2.5 径向峰值应变和泊松比47-48
• 4.2.6 裂隙体变曲线48-52
• 4.2.7 破坏模式52-54
• 4.3 核磁共振试验结果54-58
• 4.3.1 岩石孔隙度54-55
• 4.3.2 核磁共振T2谱分布55-57
• 4.3.3 T2谱面积分析57-58
• 4.4 化学腐蚀机制的分析58-61
• 4.4.1 水化学损伤58-59
• 4.4.2 水化学腐蚀机理59-61
• 4.5 本章小结61-63
• 第5章 水化学溶液中冻融后砂岩力学性质与劣化机理研究63-84
• 5.1 引言63
• 5.2 力学试验结果63-76
• 5.2.1 应力-应变关系63-65
• 5.2.2 峰值应力和弹性模量65-67
• 5.2.3 轴向峰值应变和径向峰值应变67-69
• 5.2.4 泊松比69-70
• 5.2.5 裂隙体变曲线70-74
• 5.2.6 破坏模式74-76
• 5.3 核磁共振试验结果76-80
• 5.3.1 岩石孔隙度76-77
• 5.3.2 核磁共振T2谱分布77-79
• 5.3.3 T2谱面积分析79-80
• 5.4 双腐蚀机制分析80-82
• 5.4.1 冻融腐蚀机制80
• 5.4.2 水化学腐蚀机制80
• 5.4.3 岩石在水化学溶液中的冻融机制80-82
• 5.5 本章小结82-84
• 第6章 水化学和冻融循环共同作用下岩石声发射试验及其能量特征分析84-103
• 6.1 引言84
• 6.2 水化学和冻融循环对声发射特性的影响84-93
• 6.2.1 应力-应变曲线和声发射特性之间关系84-89
• 6.2.2 水化学和冻融循环作用对声发射事件的影响89-91
• 6.2.3 水化学和冻融循环作用对声发射振幅的影响91-93
• 6.3 水化学和冻融循环对能量特征的影响93-100
• 6.3.1 能量特征公式与损伤机制93-94
• 6.3.2 水化学和冻融循环作用下砂岩能量特征94-98
• 6.3.3 水化学腐蚀天数和冻融循环次数对能量的影响98-99
• 6.3.4 砂岩能量变化和轴向应变关系99-100
• 6.4 讨论100-101
• 6.5 结论101-103
• 第7章 结论与展望103-107
• 7.1 主要结论103-105
• 7.2 展望105-107
• 参考文献107-116
• 致谢116-117
• 个人简历、在学期间发表的学术论文和研究成果117

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