白龙江中游地区板岩与千枚岩水-热致劣过程与机理研究

论文摘要

本文以白龙江中游地区斜坡表层板岩、千枚岩两类低级变质岩为研究对象,以水-常温、水-低温、水-高温及水-低温-高温等水-热环境为研究背景,以斜坡表层板岩、千枚岩在内外地质营力及不同水-热环境中的劣化过程及劣化机理为研究中心,通过斜坡表层板岩、千枚岩这两类低级变质岩在内外地质营力和不同水-热过程养护后的物理、力学性能,理化、微观结构、表观形貌等方面,开展白龙江中游地区斜坡表层板岩、千枚岩两类低级变质岩水-热致劣过程与机理研究,主要内容为:研究区引起斜坡表层板岩、千枚岩劣化的内外地质环境分析。分析研究区引起斜坡表层板岩、千枚岩劣化的内外地质营力是研究斜坡表层这两类低级变质岩劣化过程与机理的基本前提。斜坡表层板岩、千枚岩两类低级变质岩的劣化与斜坡赋存的地形地貌、地质构造、地层岩性、水文地质、地震、气象特征等条件密切相关。通过对研究区多年气象数据的整理及斜坡表层温度监测,对导致斜坡表层板岩、千枚岩劣化的水-热过程进行系统分析,总结出5种不同水-热过程,即由降雨导致的“水-常温”过程,由降雨、地表低温共同导致的“水-低温”过程,由降雨、蒸发、地表高温共同导致的“水-高温”过程,由强降雨、强蒸发、地表高温导致的“极干-极湿”过程,以及由降雨、蒸发、地表高温、地表低温共同导致的“水-高温-低温交替”过程。斜坡表层板岩、千枚岩在内外地质营力作用下的劣化行为研究。从“物理、声学、力学劣化规律、表面形貌微观劣化规律、结构及矿物成分微观劣化规律、微裂纹微观断裂扩展过程”四个方面,研究斜坡表层板岩、千枚岩在内外地质营力共同作用下的劣化规律。通过密度实验、含水率试样、声波实验、回弹实验,分析不同深度板岩、千枚岩的密度、含水率、波速、回弹,获取板岩、千枚岩物理、声学、力学性能随深度的变化规律。通过偏光显微镜试验,获取板岩、千枚岩两类低级变质岩微观结构随深度的变化规律。通过多功能X-射线衍射（XRD）试验,揭示板岩、千枚岩两类低级变质岩矿物成分微观劣化规律。通过扫描电子显微镜,揭示板岩、千枚岩表面形貌微观劣化规律。不同水-热作用下斜坡表层两类低级变质岩劣化过程。研究从“试样宏观形态劣化规律、物理、声学、力学劣化规律”等方面,研究5种水-热作用下斜坡表层板岩、千枚岩的劣化规律。通过宏观形态观测,获取板岩、千枚岩宏观形态在5种水-热作用下的变化规律;通过密度实验、含水率试样、声波实验、单轴抗压实验,分析了5种水-热过程后斜坡表层板岩、千枚岩宏观形态、物理、声学、力学性能变化规律。不同水-热作用下斜坡表层板岩、千枚岩结构成分研究。研究从“试样表面形貌劣化规律,矿物及化学成分变化情况,结构及微裂纹微观断裂扩展过程”三个方面,研究5种水-热作用下斜坡表层板岩、千枚岩这两类低级变质岩的劣化规律。通过开展岩石薄片（切片）偏光显微镜试验,分析板岩、千枚岩的两类低级变质岩在5种不同水-热作用后微观结构变化规律。通过多功能X-射线衍射（XRD）试验,分析板岩、千枚岩两类低级变质岩在5种不同水-热作用后矿物成分含量及化学成分含量的变化情况,揭示试样矿物成分在不同水-热作用下的微观物质劣化规律。通过环境扫描电子显微镜试验,分析板岩、千枚岩的两类低级变质岩在5种不同水-热作用后表面形貌微观特征,揭示试样表面形貌微观劣化规律。不同水-热作用下斜坡表层板岩、千枚岩结构劣化机理研究。首先,研究采用数值模拟方法,获取在5种水-热作用下,试样内部应力分布与形变特征,并通过与室内试验结果对比,表明5种水-热作用下试样内部结构变化及矿物成分的改变对其物理、力学性质产生严重影响;其次,通过定性判断,初步揭示5种水-热作用下试样劣化机理;最后,研究建立以孔隙度为基础的损伤变量,通过该损伤变量与宏观物理、力学参数及微观矿物成分、化学成分建立良好的回归关系,定量确定板岩、千枚岩劣化机理。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题依据及研究意义
•     1.1.1 选题依据
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 白龙江中游地区环境分析
•     1.2.2 不同水-热作用下岩石劣化
•   1.3 技术路线及研究方法
•     1.3.1 技术路线
•     1.3.2 研究方法
•   1.4 研究的主要内容
• 第二章 斜坡表层板岩、千枚岩劣化环境与行为研究
•   2.1 斜坡表层板岩、千枚岩赋存环境分析
•     2.1.1 地质环境因素
•     2.1.2 气候环境因素
•   2.2 斜坡表层板岩、千枚岩的劣化环境监测与行为现场测试
•     2.2.1 劣化环境监测及分析
•     2.2.2 劣化行为测试及分析
•   2.3 斜坡表层板岩、千枚岩变化规律研究
•     2.3.1 密度变化规律
•     2.3.2 含水率变化规律
•     2.3.3 微观结构变化规律
•     2.3.4 表面形貌劣化规律
•     2.3.5 矿物成分变化规律
•     2.3.6 化学成分变化规律
•   2.4 讨论
•   2.5 本章小结
• 第三章 不同水-热条件下板岩、千枚岩宏观性质劣化特征
•   3.1 不同水-热过程后岩石劣化过程实验研究
•     3.1.1 试样选取及制备
•     3.1.2 试验过程及方法
•   3.2 试样形态变化规律
•     3.2.1 水-常温养护后试样形态变化
•     3.2.2 水-低温养护后试样形态变化
•     3.2.3 水-高温养护后试样形态变化
•     3.2.4 交替养护后试样形态变化
•   3.3 试样物理性质变化规律
•     3.3.1 试样质量变化规律
•     3.3.2 试样密度变化规律
•     3.3.3 试样含水率变化规律
•   3.4 试样纵波波速变化规律
•   3.5 试样力学性能变化
•     3.5.1 应力-应变曲线特征
•     3.5.2 单轴抗压强度变化
•   3.6 本章小结
• 第四章 不同水-热条件下板岩、千枚岩结构与成分变化特征
•   4.1 不同水-热过程后试样微观结构变化
•     4.1.1 水-常温作用后试样微观结构
•     4.1.2 水-低温作用后试样微观结构变化规律
•     4.1.3 水-高温作用后试样微观结构变化规律
•     4.1.4 极干-极湿作用后试样微观结构变化规律
•     4.1.5 交替作用后试样微观结构劣化规律
•   4.2 不同水-热养护后试样表层微观特征变化
•     4.2.1 试样表观形貌变化规律
•     4.2.2 水-热作用后试样表面形貌
•     4.2.3 水-低温作用后试样表面形貌规律
•     4.2.4 水-高温作用后试样表面形貌规律
•     4.2.5 极干-极湿作用后试样表面形貌规律
•     4.2.6 交替作用后试样表面形貌规律
•   4.3 不同水-热过程后试样矿物成分变化规律
•     4.3.1 水-常温作用后试样成分变化规律
•     4.3.2 水-低温作用后试样成分变化规律
•     4.3.3 水-高温作用后试样成分变化规律
•     4.3.4 极干-极湿作用后试样成分变化规律
•     4.3.5 交替作用后试样成分变化规律
•   4.4 不同水-热过程后试样化学成分变化
•     4.4.1 化学反应
•     4.4.2 水-常温作用下试样化学成分变化规律
•     4.4.3 水-低温作用下试样化学成分变化规律
•     4.4.4 水-高温作用后试样化学成分变化规律
•     4.4.5 极干-极湿作用下试样化学成分变化规律
•     4.4.6 交替作用下试样化学成分变化规律
•   4.5 讨论
•   4.6 本章小结
• 第五章 不同水-热条件下试样劣化机理研究
•   5.1 不同水-热条件下试样劣化过程模拟研究
•     5.1.1 基本方程与边界条件
•     5.1.2 模拟过程
•     5.1.3 不同水-热作用下试样应力-应变分布
•     5.1.4 试样抗压强度变化
•   5.2 不同水-热作用下板岩、千枚岩致劣机理定性判断
•   5.3 不同水-热作用下板岩、千枚岩致劣机理定量分析
•     5.3.1 损伤变量建立
•     5.3.2 损伤变量与宏观损伤特征的关联性
•     5.3.3 损伤变量与微观损伤特征的关联性
•   5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 本文结论
•   6.2 研究展望
• 参考文献
• 在学期间的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 吴国鹏

导师: 谌文武

关键词: 白龙江中游,斜坡表层,板岩,千枚岩,内外地质营力,不同水热作用

来源: 兰州大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,建筑科学与工程

单位: 兰州大学

分类号: P588.3;TU452

DOI: 10.27204/d.cnki.glzhu.2019.000045

总页数: 173

文件大小: 22830K

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