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夹层软泥化过程及其化学动力学模拟

张国军  
【摘要】: 夹层软泥化是国内外许多地质工程出现问题甚至发生事故的主要原因之一。但由于软弱夹层组成与结构以及所处环境的复杂性,目前还缺少对夹层软泥化过程的系统研究,尤其是定量研究还比较薄弱,不足以满足全面评价夹层及基础稳定性的需要。因此,有必要对夹层软泥化过程进行进一步的探讨。 本文基于水-岩作用是夹层软泥化过程的主导因素,采用室内实验模拟方法研究夹层的软泥化过程,即选取夹层岩样与库水,实验过程中观察岩样形态的变化,记录水溶液中主要指标于实验过程不同时刻的测值,并依据化学动力学的基本理论和方法对实验数据进行分析,依此来刻画夹层的软泥化过程及其机制。并在实验过程中发现了下述一些现象。 1.在实验模拟过程中发现夹层岩样随着反应时间呈现粗颗粒向细颗粒的很快转变,并且在实验进行一段时间后,岩样即发生了崩解作用,从而使夹层丧失完整性向松散性转化; 2.实验过程中水溶液中有关组分的含量随反应时间的变化呈非线性关系,表明液-固相间发生着复杂的相互作用,涉及夹层中可溶盐类如石膏、岩盐的全等溶解作用,难溶盐类如长石类铝硅酸盐的非全等溶解作用,以及岩石颗粒间胶结物—碳酸盐等的溶解作用。基于化学动力学方法对实验数据的处理和分析,得出了部分矿物的溶解速率常数及其反应机制。 3.在实验过程中还观察到,伴随着长石类铝硅酸盐的不全等溶解作用发现在固相介质表面有絮状无定形物质—此为次生矿物的雏形。而次生矿物的形成则标志着夹层开始泥化。


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