酸雨环境下砂岩腐蚀过程及物理力学特性研究

摘要

近些年来，随着国民经济建设的快速发展，人类生产生活对环境造成了严重的损害，环境污染是目前环境岩土工程学科面临需要重点研究的课题。大气中酸性气体急剧增加，从而导致酸雨产生，酸性环境会严重影响岩石的物理力学性质。为此，本文采用PH=2、PH=3.5及PH=5的HCl溶液模拟室内加速腐蚀试验，用定义的物理量及超声波检测技术获得的物理力学参数，定量分析岩样腐蚀过程中物理化学性质的变化规律，通过CT图像及CT数分析物理力学参数变化对岩样化学损伤的影响，得到如下研究成果：
　　1.在不同浓度HCl溶液的腐蚀过程中，岩样的质量变化、溶蚀速率和孔隙率变化表现出明显的阶段性。0~30及70~90天随着质量损失率的增加孔隙率迅速增加，30~60天质量损失率减小，孔隙率增加缓慢，每个阶段的溶蚀速率呈现先增后减的趋势。
　　2.运用超声波检测技术对浸泡在不同浓度HCl溶液的岩样进行进行测试，发现不同腐蚀阶段湿岩样的纵波波速和振幅变化较为明显，其变化规律为：0~30天，波速变化率较大，之后波速增加缓慢，70~90天波速趋于稳定。
　　3.对不同浓度HCl溶液中H+、Na+、Ca2+、K+、Mg2+等阳离子的跟踪观测表明，初始浓度不同的 HCl溶液中PH值随腐蚀时间的增加而增加，阳离子溶解速率随HCl溶液浓度变化呈现阶段性特征。第一阶段PH=2的HCl溶液中Na+溶解速率在初期最大为264.78 mol/d，PH=3.5及PH=5的HCl溶液中Na+溶解速率在中期达到最大值；PH=2的HCl溶液中Ca2+溶解速率最大为489.50 mol/d，分别是PH=3.5及PH=5的HCl溶液中Ca2+溶解速率的5倍和4倍。
　　4.单轴压缩试验发现，腐蚀后的岩样的应力-应变曲线上非线性段增加，岩样发生整体破坏的时间延长，且化学腐蚀使岩样抗压强度、弹性模量减小，力学性能劣化。CT扫描结果发现，溶液的腐蚀作用使岩样发生化学损伤，不同扫描层面和测量区域内的损伤变量呈现区域性特征，中间扫描层损伤变量最小。

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1 绪 论

1.1 本文选题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究目的与主要内容

2 酸性溶液中砂岩的腐蚀试验

2.1 试验目的

2.2 岩样制取及成分测试

2.3 实验方案

3 受酸腐蚀过程中砂岩物理特性及波速分析

3.1 酸性环境下砂岩腐蚀的物理性质变化

3.2 酸性溶液中砂岩岩样的波速特性

3.3 小结

4 受酸腐蚀过程中砂岩化学性质变化及分析

4.1 试验现象及分析

4.2 酸性溶液中氢离子浓度变化的阶段性特征

4.3 酸性溶液中Na+、K+、Mg2+、Ca2+溶解速率及腐蚀机理

4.4 小结

5 受酸腐蚀砂岩宏细观物理力学性质分析

5.1 单轴压缩试验岩样破坏现象及分析

5.2 砂岩受酸腐蚀细观CT扫描分析

5.3 小结

6 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录攻读硕士期间发表论文及科研情况