碳酸鹽巖溶蝕效應(yīng)及力學(xué)特性

摘 要：針對(duì)不同賦存環(huán)境下溶蝕對(duì)碳酸鹽巖力學(xué)特性的影響，采用自主研發(fā)的巖石動(dòng)水壓力溶蝕試驗(yàn)設(shè)備，開展多因素影響下碳酸鹽巖溶蝕及單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，研究碳酸鹽巖溶蝕效應(yīng)、力學(xué)性質(zhì)劣化規(guī)律及化學(xué)損傷。試驗(yàn)結(jié)果表明，不同賦存環(huán)境下巖樣出現(xiàn)了不同程度的力學(xué)損傷，其抗壓強(qiáng)度和彈性模量在溶解后有所下降，溶蝕率越高，峰值應(yīng)力和彈性模量越低，進(jìn)而提出劣化度擬合關(guān)系式，得到影響巖樣抗壓強(qiáng)度敏感度的各因素，依次為ｐＨ值、溫度、時(shí)長(zhǎng)、流速、動(dòng)水壓力及溶蝕后巖樣的微觀結(jié)構(gòu)和礦物成分組成。

關(guān) 鍵 詞：碳酸鹽巖；賦存環(huán)境；溶蝕試驗(yàn)；單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)；溶蝕效應(yīng)；力學(xué)特性；劣化規(guī)律；化學(xué)損傷

中圖分類號(hào)：ＴＭ３４３ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ 文章編號(hào)：１０００－１６４６（２０２４）０３－０３５３－０８

中國(guó)的巖溶地層普遍存在，巖性以灰?guī)r為主，地質(zhì)條件復(fù)雜，分布約占國(guó)土面積的１／３以上，是世界上巖溶分布面積最廣、巖溶發(fā)育類型最多的國(guó)家之一［１］。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，深部資源、能源開采和城市地下空間開發(fā)等地下工程日益增多，巖溶涌水、突泥及巖溶塌陷等災(zāi)害對(duì)巖土工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定性產(chǎn)生了威脅，也給工程建設(shè)帶來(lái)了巨大的安全和投資風(fēng)險(xiǎn)［２］。自２０世紀(jì)７０年代以來(lái)，研究人員陸續(xù)在熱、水、化等多因素條件下對(duì)碳酸鹽巖進(jìn)行模擬地表和地層條件的溶蝕試驗(yàn)，研究巖溶地區(qū)巖石的溶蝕特征［３－５］。試驗(yàn)條件由早期的低溫、低壓狀態(tài)［６］發(fā)展到高溫、高壓狀態(tài)［７］，從封閉體系、靜態(tài)條件［８］逐步向開放體系、流動(dòng)條件［９］轉(zhuǎn)變。樣品細(xì)化為不同來(lái)源、不同類型的巖石［１０］，反應(yīng)溶液為海水、乙酸、天然水體、ＣＯ２水溶液等不同類型、不同酸堿度溶液［１１］，旨在通過(guò)改變?cè)囼?yàn)控制因素，進(jìn)而開展不同巖樣在酸性條件下的物理化學(xué)及力學(xué)性能試驗(yàn)研究［１２］，分析巖樣在受酸腐蝕后的損傷特性［１３］、弱化機(jī)制［１４］、參數(shù)演化特征［１５］、細(xì)觀破裂行為強(qiáng)度、變形特性、峰值強(qiáng)度及殘余強(qiáng)度等。結(jié)果表明，受酸腐蝕與未經(jīng)過(guò)水化學(xué)溶液腐蝕的巖樣有很大差別，試驗(yàn)進(jìn)一步探索了巖石的化學(xué)腐蝕機(jī)理及研究方法，建立了適用于酸性溶液的巖石化學(xué)腐蝕損傷強(qiáng)度模型。