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水化学作用下岩石变形破裂全过程的研究是核废料处理、地下能源开发及储存、地震机制、岩土工程的长期稳定性评价等方面的基础性前沿课题。该课题的研究目前还主要处于试验研究阶段,尚无系统的岩石破坏全过程试验研究分析成果,化学与应力耦合腐蚀下的本构关系还未真正建立起来,对水化学作用下多裂纹相互作用的试验及机制研究一直处于空白。作者对上述问题进行了系统研究,并提出了相应的研究思路和方法,根据砂岩的化学腐蚀机理研究结果,进行了砂岩的化学加固研究。研究结果将为环境岩石力学和岩石工程的研究提供一定的理论基础,对实际工程具有一定的指导价值。主要研究成果如下:
首先,进行了不同化学溶液作用下灰岩、砂岩三轴压缩试验,分析了不同化学溶液作用下,化学腐蚀对岩石应力-应变全过程曲线各阶段的影响特征,获得了不同化学溶液对岩石变形破坏全过程腐蚀效应的影响规律。
第二,水化学作用对岩石力学行为的影响具有很强的时间效应,论文中提出了采用无损测试的试验方法,通过对不同浸泡时间试件有关参数的测试分析,获得了砂岩的化学腐蚀损伤时间效应特征。
第三,通过对化学腐蚀下岩石细观结构的变化分析研究,建立了一个新的化学腐蚀下岩石细观结构化学损伤变量计算公式,给出了损伤测量参数的计算方法。提出了将水化学溶液对岩石的腐蚀损伤作用归结为岩石颗粒骨架部分材料性质的损伤和空隙的变化两个方面,反映在物理力学参数上即为空隙率和弹性模量的损伤。
第四,介绍了新研制的应力-水流-化学(MHC)耦合的岩石破裂全过程细观加载系统,应用该系统进行了MHC耦合作用下多裂纹岩石试件的单轴压缩破坏全过程实时观测试验,试验结果证明了该设备的科学性和先进性。
最后,在对砂岩化学腐蚀机理研究的基础上,进行了砂岩的化学加固研究,提出了一种新型的化学加固材料CRS。