Kaya ve su, sertlik ve esneklik arasındaki mücadele
Çin'in su kaynaklarının verimli bir şekilde geliştirilmesi ve kullanılması talebi giderek daha belirgin hale geldikçe, batı Çin'deki uzun mesafeli su iletim tünellerinin güvenli inşası ve hidroelektrik geliştirme sırasında rezervuar bankası eğimlerinin istikrarı gibi sorunlar giderek öne çıkmaya başladı. Suyun fizikokimyasal etkisi, kaya kütlesi hasarının ve mekanik özelliklerin bozulmasının önemli bir nedenidir.Kaya suyunun fizikokimyasal etkisi, uzun mesafeli su nakil tünellerinin, rezervuar yatağı eğimlerinin ve baraj temellerinin güvenliğini ve stabilitesini kısıtlayan temel teknik sorunlardan biri haline gelmiştir. .
Öyleyse, burada "suyun fiziksel ve kimyasal etkisi" ne anlama geliyor? Kaya kütlesi mühendisliğinin güvenliğini etkileyen birçok faktör arasında su en aktif faktörlerden biridir. Su, kaya kütlesinin gerilme durumunu gözenek suyu basıncı yoluyla etkileyebilir ve gerilme durumunun değişmesi, orta parçacıklar arasındaki gözenek veya çatlak yüzey geometrisinin değişmesi yoluyla kaya kütlesinin hidrolik özelliklerini etkileyecektir.Bu etkileşim, kaya kütle gerilimini oluşturur. - İki hidrolik alan arasında bağlantı sorunu. Ancak jeolojik çevre, kaya-toprak ortamı ve yeraltı suyu ortamından oluşan karmaşık bir sistemdir.Suyun, kaya kütlesi üzerinde yukarıda bahsedilen mekanik etkilerinin yanı sıra su ve kaya arasında karmaşık fiziksel ve kimyasal etkileri de vardır. Su bir yandan kayaç ve toprak ortamında birleşmiş suyun yağlanması, yumuşaması, siltleşmesi ve güçlendirilmesi gibi fiziksel etkiler üretirken diğer yandan kaya ve toprak ortamıyla sürekli olarak değiş tokuş eder, çözer, çözer, hidratlar, hidrolize eder, redoks vb. Kimyasal etki.
Suyun ve kayanın fiziksel ve kimyasal etkileri, nükleer atıkların yeraltında depolanması, liç madenciliği, petrol ve gaz sahası madenciliği gibi kaya kütlesi mühendisliğinde yaygındır ve yer altı mağaralarının stabilitesi, su ve kaya kimyasının etkileriyle yakından ilgilidir. Su ve kaya arasındaki fiziksel ve kimyasal etkileşim, kaya kütlesinin sadece mineral bileşimini ve mikroyapısını değiştirerek gözenekler, mağaralar ve çözünme çatlakları oluşturmasına neden olmaz, aynı zamanda kaya kütlesinin mukavemeti ve sertliği gibi fiziksel ve mekanik özelliklerin bozulmasına ve hatta neden olur. Mühendislik kazaları, kaya kütlesi mühendisliğinin istikrarını tehdit eder, örneğin: (1) Çözünme tehdidi. Örneğin, Chengdu-Chongqing Demiryolunun K442 eğimi, Chongqing'in asit yağmuru bölgesinde yer almaktadır. Eğime sızan yeraltı suyu çok aşındırıcıdır ve Şev kaya gövdesinde lautonit ve feldispat gibi çok sayıda alüminosilikat mineralin çözünmesi, stabilitesine önemli gizli tehlikeler getirir. Yunnan'ın merkezindeki hem Xining Tüneli hem de Farah Tüneli, çevredeki kayalarda Glauber tuzu ve alçıtaşı gibi çözünür mineraller içerir.Tünelin stabilitesi, su ve kayanın hareketinden önemli ölçüde etkilenir. Tünelin tamamlanmasından on yıldan daha kısa bir süre sonra su ve kayanın etkisiyle tünel duvarı şişmiş ve çatlamıştır. Xin'anjiang, Chencun, Jinshuitan, Shitang, vb. Baraj temelleri de su-kaya kimyasal çözünmesine sahiptir.Uzun vadeli su-kaya kimyasal çözünmesi, baraj temelindeki kaya kütlesinin fiziksel ve mekanik özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir ve bu nedenle stabilitesini etkileyebilir. (2) Hidrasyon tehdidi: Kuyu duvarının istikrarsızlığı her yıl 500 milyon ABD doları kadar kayba neden olur. Kuyu deliği çökme sorunlarının yaklaşık% 90'ı şeyl hidrasyonuyla ilgilidir. Örneğin, Halahatang Petrol Sahasının sondajı sırasında, sondaj duvarının dengesizlik oranı nispeten yüksektir ve sondaj deliği duvarı dengesizliği genellikle sondaj mühendisliğinin güvenliğini, hızını ve maliyetini ciddi şekilde etkileyen direnç, sıkışmış sondaj vb. Araştırma sonuçları, istikrarsızlığın nedeninin Triyas sert ve kırılgan şeylinin katyon değişim kapasitesi, montmorillonit oranı, kolloid hızı ve genleşme hızından ayrılamaz olduğunu ve güçlü yüzey hidrasyon kapasitesinin ayrılmaz olduğunu göstermektedir. Bu nedenle, suyun kayalar üzerindeki etkisi, etkili gerilim ilkesinden dolayı suyun kayalar üzerindeki mekanik etkisini basitçe dikkate alamaz, aynı zamanda su ve kayalar arasındaki fiziksel ve kimyasal etkilerin etkileri üzerine araştırma yapmak için suyun kayalar üzerindeki karmaşık fiziksel ve kimyasal etkilerini de dikkate almalıdır. Önemli teorik önemi ve uygulama değeri vardır.
Wuhan Kaya ve Zemin Mekaniği Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi Jeolojik Tehlike ve 3S Teknoloji Grubu'ndan araştırmacı Liu Jian ve diğerleri, kaya ve suyun fiziksel ve kimyasal etkileri üzerine araştırmalar yaptılar ve kumtaşının elastoplastik ve sürünme mekanik özelliklerinde sonuçlar elde ettiler. Bir dizi araştırma sonucu:
(1) Farklı su ortamlarında kumtaşı gözenekliliği, pH evrimi ve mineral değişimi üzerine bir dizi deneysel çalışma sonucunda, kumtaşının sudaki fizikokimyasal hasar mekanizması mikroskobik seviyeden ortaya çıkarılmıştır. Araştırma sonuçları, kumtaşı suyunun fiziksel hasarının esas olarak, su akışının neden olduğu mineral partikülleri arasındaki çimento ve döküntülerin göçünden ve difüzyonundan etkilendiğini ve iyon konsantrasyonu ve pH gibi su ortamındaki kimyasal hasar ve değişikliklerle yakından ilişkili olduğunu göstermektedir; Boşlukların oluşumu, suyun fiziksel ve kimyasal etkilerinin kumtaşının mekanik özelliklerini etkilemesinin ana nedenidir.
(2) İkincil gözeneklilikteki değişikliklere dayalı olarak kumtaşı suyu fizikokimyasal hasarının değişken bir ifadesini oluşturun ve suyun fizikokimyasal eyleminin etkisini yansıtan doğrusal olmayan elastik yapıcı bir model önerin - geliştirilmiş Duncan modeli.
(3) Farklı su ortamlarında kumtaşı üzerinde yapılan bir dizi sünme testi çalışmasıyla, farklı iyon konsantrasyonlarının ve pH sulu çözeltilerinin kumtaşının sünme mekanik özellikleri üzerindeki etkileri analiz edilir. Araştırma sonuçları, sulu iyon konsantrasyonunun kumtaşı sürünmesi üzerindeki etkisinin, iyon konsantrasyonu arttıkça sürünme özelliklerinin de o kadar önemli olduğunu göstermektedir; farklı pH çözeltilerinin kumtaşının sünme özellikleri üzerindeki etkisindeki farkın önemli olmadığını göstermektedir.
Araştırma sonuçları, hidroelektrik mühendisliği rezervuar yatağı yamaçlarının ve sudan zengin kumtaşı oluşum alanlarında trafik mühendisliği kesik yamaçlarının stabilite değerlendirmesi ve yan (kayma) eğimleri dahil olmak üzere kumtaşının elastoplastik ve sürünme mekanik özelliklerinin hidrofiziksel ve kimyasal etkilerinin anlaşılmasını derinleştirmiştir. Eğim jeolojik afet yönetimi önemli bir temel oluşturmaktadır.
Kumtaşı elastoplastik mekanik özelliklerin hidrofiziksel mekanizmasının şematik diyagramı
Farklı sulu çözeltilerin dolaşım akışından sonra kumtaşı gerilme-gerinim ilişkisi eğrisi
Kurutulduktan sonra aynı PH değerine ve farklı iyon konsantrasyonlarına sahip suyla doymuş ve sirküle eden kumtaşının eksenel sünme hızı-zaman eğrisi
Sulu çözelti sirkülasyonundan sonra kumtaşının eksenel sünme-zaman eğrisi
Yukarıdaki araştırma sonuçları "Journal of Rock Mechanics and Engineering" ve "Rock and Soil Mechanics" dergilerinde yayınlandı.Yukarıdaki çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı ve genel proje tarafından finanse edildi.
