基于应力-应变曲线的礁灰岩脆性特征评价

脆性是岩石类材料的重要性质。针对南海某岛礁在某深度范围内的珊瑚格架灰岩、砾块灰岩、砾屑灰岩及砂屑灰岩的钻孔芯样,开展室内物理性质测试及压缩试验。研究表明,礁灰岩的物理力学性质与其沉积组构和成岩作用密切相关;基于峰后应力降的相对大小和绝对速率的脆性指标计算方法能够反映礁灰岩的破坏特征;围压对礁灰岩的脆性指标影响显著,随着围压的增大,试样的脆性指标呈现趋势性降低;单轴压缩条件下,低孔隙率的砂屑灰岩脆性指标与水泥砂浆类似,同时高于格架灰岩及砾块灰岩;随着孔隙率的增大,砂屑灰岩和砾屑灰岩的脆性指标减小,饱和单轴抗压强度也与孔隙率呈负相关关系。     

某水电站坝基挠曲破碎带工程力学特性试验研究

膝状挠曲破碎带是某水电站坝基的主要工程地质问题。破碎带岩性为完整性较差的碎裂、碎屑软弱砂岩,并呈现孔隙式胶结接触,其工程力学特性对坝基变形和稳定存在巨大影响。基于破碎带砂岩组织结构疏松、含水率较高、物理力学性能较差等特点,首先开展了基本物理特性试验分析,认为岩石微细观结构复杂、渗透特性较好,属小孔隙率砂岩。其次,开展了室内常规和现场力学特性试验研究;最后,在宏观力学参数确定的基础上,探讨了破碎带对工程作用的响应及影响。结果表明,破碎带岩石内部结构破坏严重,矿物成分主要为石英、长石、绢云母等,化学成分以SiO2为主,但化学侵蚀并不显著。常规剪切曲线呈现出明显的4阶段特征,三轴压缩试验破坏机制为塑性剪切破坏,表现出强度低、延性扩容明显、出现屈服平台等特征,且碎裂岩强度略高于碎屑岩;现场试验表明岩体变形均匀,变形模量较低,处于60～630 MPa;地基承载力处于0.8～2.3 MPa。研究成果对该水电站坝基工程有重要的参考价值。     

四川宣汉盘龙洞晚二叠世生物礁古油藏剖面序列

盘龙洞生物礁发育于上二叠统长兴组的中上部,厚度约80m。生物礁主要为浅灰色块状海绵障积岩、海绵骨架岩。造礁生物主要为房室海绵、水螅、苔藓虫等;附礁生物主要为腕足、瓣鳃及腹足等;造架生物含量约为38％～50％;充填物为泥晶方解石,含量为50％～70％;孔洞丰富,多被方解石晶体充填,孔洞间连通性好。该生物礁及其上下地层均有大量的沥青,揭示着有过油气的运移过程。沥青充填可以分为两期：第一期充填于生物骨架孔隙、粒间孔隙、海绵体腔和都分其他生物体腔孔隙中;第二期主要充填于后期裂骧和次生孔隙中,该期的沥青广泛分布于生物礁和整个礁的盖层之中（包括亮晶砂屑灰岩和白云岩）,规模较大,含沥青的地层总厚度达120m左右。     

水岩耦合下的红层软岩微观结构特征与软化机制研究

水岩长期作用下红层软岩体现出成岩作用差、易风化、易软化崩解等特点,给软岩工程设计与施工带来挑战。以滇中红层软岩地区所取泥岩试样为研究对象,首先对自然和饱水状态下岩样进行单轴和三轴压缩试验,分析水岩作用下软岩的力学特性;然后采用X射线衍射技术对不同含水状态下软岩微观结构进行对比研究;最后基于试验结果对滇中地区红层软岩遇水软化机制进行了探讨。研究结果表明:水岩作用下软岩力学性质劣化明显,岩石峰值抗压强度显著降低,岩体破坏程度提高;软岩黏土矿物颗粒吸水膨胀,微观结构由致密的团粒状转变为疏松多孔的不规则片状和鳞片状结构;伊利石等黏土矿物与水反应,产生的不均匀应力和大量微孔隙导致软岩内部结构破坏;红层软岩的遇水软化机制包括软岩矿物的溶蚀和次生作用、黏土矿物的吸水膨胀与崩解、软岩与水作用导致颗粒间胶结连结破坏等。     

礁灰岩-混凝土界面剪切特性试验研究

为探究礁灰岩地层中钻孔灌注嵌岩桩的桩-岩界面剪切作用规律,试验选取南海某岛礁的块状结构、砾块结构、砾屑结构及砂屑结构礁灰岩岩芯,开展室内物理力学性质试验及常法向应力条件下的礁灰岩-混凝土界面剪切强度试验研究,探究桩-岩界面剪应力-剪切位移关系曲线的变化规律。开展红砂岩-混凝土界面剪切对比试验,揭示两种不同沉积作用类型的岩石与混凝土黏结面产生剪切强度差异的根本原因。试验结果表明：礁灰岩-混凝土界面的剪切强度受礁灰岩的结构类型、桩-岩强度比等因素影响;由于水泥浆在礁灰岩中的扩散填充作用,礁灰岩-混凝土界面的黏结力和内摩擦角均高于砂岩-混凝土界面;桩-岩强度比产生的界面剪切强度响应受礁灰岩结构类型的影响,低桩-岩强度比时,块状结构、砾块结构礁灰岩-混凝土界面的黏结力均高于高强度比条件;桩-岩强度比增大,块状结构礁灰岩-混凝土界面的内摩擦角增加,而砾块结构礁灰岩-混凝土界面的内摩擦角变化不大。     

礁灰岩-混凝土界面剪切特性试验研究

为探究礁灰岩地层中钻孔灌注嵌岩桩的桩-岩界面剪切作用规律,试验选取南海某岛礁的块状结构、砾块结构、砾屑结构及砂屑结构礁灰岩岩芯,开展室内物理力学性质试验及常法向应力条件下的礁灰岩-混凝土界面剪切强度试验研究,探究桩-岩界面剪应力-剪切位移关系曲线的变化规律。同时开展红砂岩-混凝土界面剪切对比试验,揭示两种不同沉积作用类型的岩石与混凝土黏结面产生剪切强度差异的根本原因。试验结果表明：礁灰岩-混凝土界面的剪切强度受礁灰岩的结构类型、桩-岩强度比等因素影响;由于水泥浆在礁灰岩中的扩散填充作用,礁灰岩-混凝土界面的黏结力和内摩擦角均高于砂岩-混凝土界面;桩-岩强度比产生的界面剪切强度响应受礁灰岩结构类型的影响,低桩-岩强度比时,块状结构、砾块结构礁灰岩-混凝土界面的黏结力均高于高强度比条件;桩-岩强度比增大,块状结构礁灰岩-混凝土界面的内摩擦角增加,而砾块结构礁灰岩-混凝土界面的内摩擦角变化不大。     

基于CT扫描试验的珊瑚骨架灰岩孔隙结构特征研究

为了探究分布于某岛礁珊瑚骨架灰岩的微观孔隙结构特征及其定性定量分析,选取6块有代表性的珊瑚骨架灰岩岩样,开展CT扫描试验,建立珊瑚骨架灰岩三维立体数字模型,获得三维数据体并开展孔隙结构特征的研究。结果表明:6块岩样整体孔隙率均值仅为3.30%,孔隙发育程度较小;岩样逐层面孔隙率有较大程度波动,面孔隙率较小,但其标准差却较大,体现了岩样较强的非均质性;对岩样三维模型中所提取的孔隙进行标记筛分,同时对孔隙体积与数量进行概率统计,结果表明珊瑚骨架灰岩中大孔隙数量虽少,但体积占比很大,存在极个别超大孔隙;通过球棒模型分析可知,配位数主要分布区间为0~2,说明珊瑚骨架灰岩的孔隙连通性较差,主要以独立孔隙和单连通孔隙为主,孔隙在x/y/z方向均无连通性,不存在潜在的流体运移通道。     

我国晚近时期生物礁的岩石类型和胶结类型

<正> 生物礁岩是造礁生物和部分喜礁生物的骨壳经碳酸盐类矿物胶结充填而成的岩石总称,按礁岩生物组分可分别命名为珊瑚(礁)灰岩、(软珊瑚)骨针灰岩、虫藻灰岩和牡蛎礁灰岩等。显然,它们都是可溶性岩类,是岩溶地质学工作者应予研究的。      

南水北调中线工程第三系软岩工程地质性质研究

描述了南水北调中线工程中第三系软岩的典型地层剖面,论述了第三系软岩的沉积韵律建造和沉积旋回特征;运用颗粒分析、X射线衍射分析和差热分析,论述了软岩的粒度成分、主要矿物成分;通过物理力学实验,获得了软岩水理性、膨胀性和主要力学性质指标,证实第三系软岩具有与第四系松散土体相似的工程地质性质,属于极低强度的岩石.第三系软岩工程地质性质的研究是进行软岩工程设计的基础,具有重要的工程意义.     

煤矿软岩的粘土矿物成分及特征

煤矿软岩的工程地质特征取决于其物质组成，特别是其中的粘土矿物成分．本文按成生时代和粘土矿物组成特点，把煤矿软岩分为３种类型，并分别讨论了其结构特征，物理力学性质及水理性质．最后，对软岩的变形力学机制进行了分析和讨论．     

古汉山矿软岩巷道地质因素分析

针对古汉山矿软岩巷道围岩变形破坏和严重底膨问题, 通过对巷道围岩进行地应力测量、物理力学性质分析测试、矿物成份分析和节理裂隙调查, 确定了底膨巷道的软岩类型, 这为解决软岩巷道的支护问题提供了基础。      

黔东北石阡志留纪最早期生物礁的形态学和古生态学

上扬子区志留纪早期的浅水相灰岩和壳相动物分布,多局限于滇黔桂古陆之北陆浅海近岸带。黔东北石阡兰多维列世埃隆期香树园组上部记录了华南板块奥陶纪末生物灭绝事件之后最早后生动物礁群落的复苏,持续相对长时间清澈浅水环境是造礁的基本条件,南陆北海的古地貌塑造了礁体各亚相的展布方式,礁灰岩南北延伸出露宽度约为150m,最大保存厚度约为20余米,形态学上呈现点礁特征。棘屑滩之上的珊瑚—层孔虫格架礁具有较高的生物多样性,属全球志留纪最常见的礁灰岩类型;南侧为礁后薄层棘屑滩堆积;礁核部位的大量珊瑚—层孔虫原地生长格架具有抗浪性,并障积不同粒度的壳相化石和内碎屑颗粒,有利于加速沉积形成块状礁灰岩和正向地貌;礁体北端为薄层生屑灰岩夹少量粉砂—泥质薄层的礁前沉积区;礁顶薄层灰岩中粉砂质—泥质成分逐渐取代珊瑚—层孔虫格架岩,相变为雷家屯组下部的陆源碎屑岩沉积,海水浑浊度增高是终止生物礁群落栖居的主控因素。     

水岩循环对变质砂岩微观结构损伤与宏观力学劣化影响机理研究

为研究水岩循环过程中变质砂岩矿物成分及微观结构变化对宏观物理力学参数弱化的影响,通过水岩循环试验,对变质砂岩微观矿物成分、结构在水岩循环过程中的演化机制及其与宏观物理力学参数相互关系开展了研究。研究结果表明,岩石各项物理力学指标随着水岩循环次数的增加而不断衰减,其衰减速率随循环次数增加而减缓。水岩循环后岩石抗压强度试验表明,应力-应变曲线中初始裂隙压密阶段随着循环次数的增加而出现并且变得明显,岩石试样破坏特征有随着循环次数的增加由剪切破坏向拉张破坏转变的趋势。结合XRD和SEM试验手段对矿物成分及微观孔隙平面面积的变化进行了统计,分析认为绿泥石、云母、斜长石等矿物的水化溶蚀作用以及微观孔隙的水化扩展,是造成岩石损伤的主要原因。因此,提出利用矿物成分劣化度D_m和微观结构劣化度D_c的概念来表达岩石水岩循环微观损伤量化指标,并建立了水岩循环作用下受矿物成分及微观结构影响下的岩石物理力学参数弱化的回归模型。该模型的提出能够为水岩循环下相关物理力学参数的选取提供参考。     

泥质岩盖层的研究

前人对泥质岩进行了大量的研究,主要集中在泥质岩的岩石成分、成岩作用、孔隙结构、封闭机理及盖层的类型及分布等几个方面。泥质岩所含矿物主要是粘土矿物,陆源碎屑矿物。泥质岩中的成岩作用主要是压实作用、粘土矿物转化作用等。泥质岩孔隙结构主要包括孔隙大小、孔隙类型、连通性等方面。封闭机理主要分为物性封闭机理、超压封闭机理和烃浓度封闭机理三种。盖层分为区域盖层、局部盖层和隔层。对前人研究成果进行了综合分析,并指出存在的问题:对被裂缝、断层改造的泥质岩盖层研究比较薄弱。     

热处理砂岩微观结构及力学性质试验研究

采用核磁共振、电镜扫描、X射线衍射、单轴压缩等试验手段对某砂岩试样不同温度下（25～900 ℃）微观结构及力学性质的变化情况进行研究。研究表明：温度对砂岩试样微观结构具有重要影响,试样总孔隙率随温度的升高而升高,在150 ℃以下,由于中、大孔隙的减少,试样渗透性反而降低;当温度超过600 ℃时,中、大孔隙快速增加,试样渗透性能大幅增加;温度升高导致砂岩试样弹性模量减小、峰值应变增大以及孔隙压密阶段变长,宏观表现为脆性降低、塑性明显增强;热处理条件下,除微观结构的变化会导致砂岩试样力学强度改变外,试样矿物成分对其力学强度也具有十分重要的影响;450 ℃以下,由于矿物成分变化较小,试样力学强度主要受到孔隙度增加的影响,表现为强度随温度升高而降低;450～600 ℃,虽然孔隙率继续增长,但由于主要矿物高岭石发生脱水以及与其他离子形成新相矿物,进而导致试样强度没有随着孔隙增加而降低,反而出现一定的增长;超过600 ℃后,孔隙尤其是大孔隙的急剧增加,导致强度重新开始降低。     

羌塘盆地生物礁岩特征与沉积模式

在三叠纪-白垩纪，特提斯海域内发育有大量的生物礁岩，羌塘盆地内亦广泛发育。生物礁沉积序列可划分为4类：(1)浅滩相生屑灰岩、核形石灰岩→生物礁岩→开阔台地相泥晶灰岩→斜坡相角砾岩；(2)开阔台地相灰岩→生物礁岩→局限台地相白云质灰岩；(3)浅滩相生屑灰岩→滨岸相碎屑岩；(4)潮坪相粉砂岩、泥灰岩→潮坪砂坝生屑灰岩→生物礁岩→潮坪砂坝生屑灰岩→潮坪相泥灰岩。生物礁岩可分为骨架岩、障积岩与粘结岩3种成因类型。成岩作用有重结晶、胶结、压实、压溶与破裂、溶蚀作用等。主要孔隙类型包括原生孔隙、裂隙与溶蚀孔、缝三类。晚三叠世造礁生物主要为珊瑚和藻类；中晚侏罗世以珊瑚礁与海绵礁为主。生物礁岩以海进体系为主，高位体系域也有发育，低位体系域中少见。可分为珊瑚礁、海绵礁、藻礁和层孔虫礁。南羌塘坳陷西部以珊瑚礁为主，东部以海绵礁为主；北羌塘坳陷西部为藻类珊瑚礁、层孔虫礁，台地内部有珊瑚礁、海绵礁。按古地理位置可分为台地边缘礁和台地内部礁，前者分布规模大，在地震剖面上也有明显的反映，有可能成为重要的油气储层。生物礁的发育状况全球海平面升降所控制。     

陕北烧变岩水-岩作用的劣化特性

鄂尔多斯盆地东北缘陕晋蒙交界地区存在大量煤火高温烘烤形成的烧变岩。与原岩相比,烧变后的岩体结构破碎孔隙发育,在长期水–岩作用下,形成了大量危岩体。以陕北神木大柳塔地区的烧变岩为对象,开展了50次干湿循环试验,测试不同循环次数后烧变岩物理性质与力学性质及其变化,探讨不同烧变程度烧变岩劣化特性。结果表明：烧变岩质量、硬度、力学性质下降,表面亮度降低,粗糙度与红黄色度增强;基于低场核磁共振技术(NMR)测试,烧变岩孔隙体积比例曲线右移,最大孔径扩张;微孔向大孔转化,大孔含量与总孔隙率升高;烧变作用使岩体孔隙发育,且提高了烧变岩的抗侵蚀能力,降低了色度、质量、粗糙度、硬度、力学性质的变化程度。长期水–岩作用可对烧变岩的物理力学性质与孔隙结构造成明显改变,烧变程度与初始孔隙结构能够影响劣化效果。根据研究不同烧变岩的劣化过程,得出加固低烧变程度岩体表面、加固沉积层理与原有裂隙、堵塞高烧变程度岩体孔隙,可降低水-岩作用的侵蚀破坏强度。     

碎屑砂岩三轴压缩下强度和变形特性试验研究

基于碎屑岩组织结构疏松、含水率较高、物理力学性能较差、呈孔隙式胶结接触等特点,对碎屑砂岩首先开展了物理特性试验分析,认为其微、细观结构复杂、内部破坏严重,矿物成分为石英、长石、绢云母等,化学成分以SiO2为主,属微透水、小孔隙率砂岩,且渗水化学侵蚀并不显著。其次,开展了静水压力、单轴压缩和三轴压缩试验,研究了碎屑砂岩的强度和变形破坏特性。最后,初步探索了物理特性与强度变形特性的关系。结果表明,静水压力为2.6 MPa时,岩样内部微缺陷压密完成;单轴压缩曲线呈明显6阶段特征,峰值应力达0.98 MPa,属脆-延性破坏;三轴压缩条件下,岩样呈压缩为主的延性扩容破坏,轴向压缩和环向体积扩容达6%和4%;曲线无明显破坏荷载,呈现非线性、塑性硬化、存在屈服平台和体积由压缩向扩容过渡等特性。且体积扩容破损应力与屈服应力基本相同,扩容转折点随围压增加而增大,围压可增强岩样抵抗变形破坏的能力。试验结果旨在为岩石工程稳定分析及本构模型构建提供可靠的依据。     

四川广元──陕西宁强间下志留统生物礁

川西北广元-陕西宁强间下志留统巨厚的暗色泥岩地层中赋存有数以百计的生物礁，包括堤礁、点礁、堤状点礁群、生物岩丘、灰泥丘、层状岩丘，出露好，大小不一。礁是在浅水陆棚泥岩相的基础上发育起来的.造礁生物主要为横板珊瑚属的链珊瑚和蜂窝珊瑚及泡孔目的皮壳状、半球状苔藓虫。礁发育的基底主要为泥基质疙瘩状灰岩，也可以是生屑滩、近基风暴岩和淹没的潮坪层纹石灰岩。礁的衰亡以淹死型为主，少数为旱死型。在广元河湾场地区的河深１井钻遇礁组合５３.５５ｍ，中途测试有气浸显示、川南井下亦钻遇生物灰岩、生清灰岩（可能即为生物礁），见沥青充填裂隙、晶洞。包绕礁体的暗色泥岩有机炭丰度高。因之，志留系生物礁有希望成为四川盆地潜在的油气勘探目的层。     

冻融循环作用下冻结黏土矿物物理力学性质研究

冻土工程破坏主要的原因之一是冻融循环作用。通过对高岭土(主要黏土矿物为高岭石)、膨润土(主要黏土矿物为蒙脱石)在反复冻融作用下的物理性质试验及球模仪试验,研究高岭土及膨润土在冻融循环作用下的物理力学性质变化,并由此推定不同黏土矿物含量土在冻融循环作用下物理力学的变化规律。结果表明:(1)前10次冻融循环对高岭土及膨润土的物理力学性能影响很大,冻融10次后,随冻融次数的增加,高岭土的密度下降,孔隙比增加,膨润土的密度增加,孔隙比减小;(2)冻融过程中物理性质的变化不仅与土样的种类有关,也与土样的矿物成分有关;(3)高岭土的长期强度C24远高于膨润土,但是冻融过程中高岭土的力学性能变化较大,而膨润土相对比较稳定。