酸性环境下砂岩受酸腐蚀过程及细观特性研究

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随着CT技术在岩土工程领域的广泛应用,从细观角度探究岩石内在机理的变化特征成为当前试验研究的新趋势。本文基于室内模拟不同酸性环境下砂岩受酸腐蚀的加速试验,利用岩心CT扫描试验和Avizo软件,对受酸腐蚀砂岩的内部孔隙结构进行可视化表征,建立数字岩心。从细观角度描述砂岩的受酸腐蚀过程,分析不同位置砂岩孔隙率的变化特征,借助格子Boltzmann的基本原理和单轴压缩试验,探究受酸腐蚀砂岩的渗流特性及腐蚀过程中渗透深度的变化规律。研究成果如下:(1)砂岩受酸腐蚀过程中会出现气泡和絮状物沉淀两种腐蚀现象,通过测定阳离子的溶蚀速率,探究酸性环境对腐蚀过程的影响。对比CT试验中获取的岩心切片图像,分析砂岩的矿物组成及颗粒分布,判断酸性溶液对砂岩不同位置的腐蚀程度。(2)从腐蚀砂岩五个不同的位置取小岩心试样,建立数字岩心孔隙模型,发现酸性溶液对砂岩上表面和侧面形成的腐蚀程度最强烈,其次是下表面,中间位置处于未腐蚀区。酸性溶液的浓度越高,溶蚀砂岩的速率越快,p H=1硫酸溶液中岩样下表面位置的孔隙率为2.803%,p H=3硫酸溶液中岩样下表面位置的孔隙率为2.063%。腐蚀条件一致,腐蚀程度基本一致,反之,砂岩内部会出现大小不同的孔隙率差值,酸性溶液的浓度越高,形成的孔隙率差值越小。(3)借助格子Boltzmann方程构建受酸腐蚀砂岩的渗流模型,对比不同酸性环境下砂岩渗透深度随孔隙率的变化规律,p H=1、p H=3硫酸溶液的渗透深度分别为4.23mm、3.97mm。通过单轴压缩试验计算两种酸性环境下砂岩渗透深度的试验值分别为4.54mm、3.96mm,验证格子Boltzmann方程构建的渗流模型对模拟计算砂岩受酸腐蚀过程H(10)渗透深度的适用性。通过算例预测了酸雨地区边坡工程渗透深度随时间变化的强度劣化规律,研究成果将为酸雨地区岩质边坡的稳定性分析与耐久性评估提供理论指导。
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