碳酸鹽巖溶蝕效應(yīng)及力學特性

摘 要：針對不同賦存環(huán)境下溶蝕對碳酸鹽巖力學特性的影響，采用自主研發(fā)的巖石動水壓力溶蝕試驗設(shè)備，開展多因素影響下碳酸鹽巖溶蝕及單軸抗壓強度試驗，研究碳酸鹽巖溶蝕效應(yīng)、力學性質(zhì)劣化規(guī)律及化學損傷。試驗結(jié)果表明，不同賦存環(huán)境下巖樣出現(xiàn)了不同程度的力學損傷，其抗壓強度和彈性模量在溶解后有所下降，溶蝕率越高，峰值應(yīng)力和彈性模量越低，進而提出劣化度擬合關(guān)系式，得到影響巖樣抗壓強度敏感度的各因素，依次為ｐＨ值、溫度、時長、流速、動水壓力及溶蝕后巖樣的微觀結(jié)構(gòu)和礦物成分組成。

關(guān) 鍵 詞：碳酸鹽巖；賦存環(huán)境；溶蝕試驗；單軸抗壓強度試驗；溶蝕效應(yīng)；力學特性；劣化規(guī)律；化學損傷

中圖分類號：ＴＭ３４３ 文獻標志碼：Ａ 文章編號：１０００－１６４６（２０２４）０３－０３５３－０８

中國的巖溶地層普遍存在，巖性以灰?guī)r為主，地質(zhì)條件復(fù)雜，分布約占國土面積的１／３以上，是世界上巖溶分布面積最廣、巖溶發(fā)育類型最多的國家之一［１］。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，深部資源、能源開采和城市地下空間開發(fā)等地下工程日益增多，巖溶涌水、突泥及巖溶塌陷等災(zāi)害對巖土工程的長期穩(wěn)定性產(chǎn)生了威脅，也給工程建設(shè)帶來了巨大的安全和投資風險［２］。自２０世紀７０年代以來，研究人員陸續(xù)在熱、水、化等多因素條件下對碳酸鹽巖進行模擬地表和地層條件的溶蝕試驗，研究巖溶地區(qū)巖石的溶蝕特征［３－５］。試驗條件由早期的低溫、低壓狀態(tài)［６］發(fā)展到高溫、高壓狀態(tài)［７］，從封閉體系、靜態(tài)條件［８］逐步向開放體系、流動條件［９］轉(zhuǎn)變。樣品細化為不同來源、不同類型的巖石［１０］，反應(yīng)溶液為海水、乙酸、天然水體、ＣＯ２水溶液等不同類型、不同酸堿度溶液［１１］，旨在通過改變試驗控制因素，進而開展不同巖樣在酸性條件下的物理化學及力學性能試驗研究［１２］，分析巖樣在受酸腐蝕后的損傷特性［１３］、弱化機制［１４］、參數(shù)演化特征［１５］、細觀破裂行為強度、變形特性、峰值強度及殘余強度等。結(jié)果表明，受酸腐蝕與未經(jīng)過水化學溶液腐蝕的巖樣有很大差別，試驗進一步探索了巖石的化學腐蝕機理及研究方法，建立了適用于酸性溶液的巖石化學腐蝕損傷強度模型。