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《水岩土化学作用与地质灾害防治_汤连生》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第10卷第3期中国地质灾害与防治学报Vol.10No.31999年9月THECHINESEJOURNALOFGEOLOGICALHAZARDANDCONTROLSept.1999X水-岩土化学作用与地质灾害防治XX汤连生王思敬(中国科学院地质研究所工程地质力学开放实验室,北京,100029)张鹏程唐诚(中山大学地球科学系,广州,510275)(中国科学院南海海洋研究所,广州,510301)提要水-岩土化学作用对岩土力学效应的研究是岩土力学中亟待开拓的研究领域,此方面的研究及其应用将直接导致地质灾害研究领域中新认识的出现
2、,并在地质灾害机理与防治研究及环境地质研究等方面具有广泛的应用前景。本文对常温常压下,不同岩石在不同循环流速的水化学溶液中抗压强度的变化进行了试验研究,主要对水化学作用对岩石的力学效应的作用机理进行了分析,同时也分析了水化学作用对土体力学性质的影响,讨论了其定量描述的可能性及扩展到更广泛的应用研究领域的前景,其中对一些典型的与水化学作用有关的地质灾害作了分析,并对地质灾害防治的研究思路进行了探讨。关键词水-岩土化学作用地质灾害变形破坏力学效应防治一、水化学作用对岩石力学性质的影响1.水-岩化学作用水岩化学对岩石的作用是
3、一种复杂的岩石强度的腐蚀过程。强度腐蚀的化学作用过程的机理研究已涉及到有:(1)水的pH值的作用;(2)全等溶解作用;(3)非全等溶解作用(水解作用);(4)离子交换作用;(5)温度的影响;(6)压力的影响。其机理很复杂,有各种解释,其中也有以能量的观点来解释水化学作用导致岩石力学性质改变的机理。例如,Westwood(1974)发现,当被测矿物上单层吸收的静电势为零时,玻璃和石英的压缩硬度最大,当静电势变高时,其压缩硬度就变小。Dunningetal.(1984)、Boozeretal(1963)和Swolfs(19
4、71)在对石英的裂隙渗透实验与砂岩的抗压实验中发现,由于水化学环境的作用而造成的被测矿物的表面自由能的减少。LoganandBlackwell(1983)发现有水的存在,砂岩的摩擦系数下降了15%,而FeCl3和CaCl2溶液的存在将导致摩擦系数25%的减少。还有众多学者探讨了地震、滑坡、围岩不稳定性与水化学作用的宏观关系。本文对常温常压下,不同岩石在不同循环流速的水化学溶液中抗压强度的变化进行了试验研究,用以探讨水化学作用导致岩石力学性质改变的机理。2.试验研究试验目的:通过对不同水循环条件下,不同的岩性在不同的水溶
5、液中的水-岩化学作用X本研究受国家自然科学基金和广东省自然科学基金资助。XX第一作者简介:汤连生,男,35岁,副教授,在职博士生,现在中山大学地球科学系从事工程地质、地质灾害教学与科研。—61—导致岩石力学效应的差异性分析,探讨水-岩化学作用对岩石力学性质的影响机理。(1)岩石试件根据本试验研究的目的,并考虑到试验应具有工程应用的针对性,本次试验选取了花岗岩、砂岩和灰岩三类岩石,三类岩性的试件分别由均匀的岩块切割而成。三类岩石的主要天然性质如下:a.花岗岩的性质:采样地点:广东增城市桑田。矿物学及岩石学特征:含斜长石4
6、5%、条纹长石20%、石英25%、黑云母近10%,含有微量的辉石、磁铁矿、磷灰石和方解石;3半自形等粒结构,块状构造。物理性质:容重C=2.65g/cm,吸水率W=1.6‰。b.砂岩的性质:采样地点:广州市。矿物学及岩石学特征:含长石35%(包括钾长石、酸性斜长石)、石英65%,含少量的角闪石、磁铁矿和微量榍石,粘土杂质含量较高;3泥质胶结,细粒结构。物理性质:容重C=2.02g/cm,吸水率W=1.4‰。c.灰岩的性质:采样地点:广东花都市炭步镇。矿物学及岩石学特征:主要为方解石和白云石,含少量的黄铁矿及石膏等矿物;
7、鲕状结构,块状构造。物理性质:容重C=2.693g/cm,吸水率W=3.2‰。(2)试验水溶液的配制赋存于岩石圈中的地下水,是一种复杂的化学溶液。它不断与岩土发生化学反应,并与大气圈、水圈、生物圈和岩石圈进行水量水质的交换。它溶解岩土的组分,搬运这些组分的同时还将某些组分析出。因而,实际地下水的化学成分是很复杂的,含有各种离子、气体、胶体、有机质及微生物等。但是,在水溶液的配置时,我们根据所选岩性、地下水的一般特性及试验的历时效应,配置了三种中高矿化度型水溶液作为本次试验水化学溶液的+母液,其化学性质见表1左侧。考虑到
8、花岗岩、砂岩中Na含量较多,因而在与花岗岩、砂表1水溶液成分、浓度、pH值的分析结果(单位:mg/L)Tab.1Analyticalresultsofchemicalcomposition,concentrationofaqueoussolution(mg/L)水样编号水溶液1水溶液2水溶液3花液9花液10灰液6砂液3灰液7成分p
