水环境下泥岩细观损伤机理及改性研究

基本信息
批准号:51404136
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:杨建林
学科分类:
依托单位:辽宁工程技术大学
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:禚喜准,林雪松,王晓亮,张鹏,戴罡,习彦会
关键词:
细观机理损伤改性水环境泥岩
结项摘要

Damage elements, such as micro-pore and micro-crack, exist in mudstone under the action of water. The degree of damage can be reduced by chemical modification of mudstone. In this project, the meso-damage-mechanisms of mudstones under different water action are studied by the method combining experimental research, theoretical research, comprehensive analysis with site inspection. The composition of mudstones with different rate of water is researched by XRD. Different kinds of polysiloxane silicon materials are chosen to modify the properties of mudstone to improve its harmful properties. The composition and microstructure of unmodified and modified mudstone are studied by SEM and EDX analyses. The process of crack for mudstone in saturation-dry cycle is focused on real time by laser scanning confocal microscope. The process of crack of unmodified and modified mudstones, which are load by compression and tension, is observed synchronously by non-contact optical scanning system, the stress-strain curves of mudstone under different water action are analyzed. By Digital Image Processing Technique, the change laws of damage elements of unmodified and modified mudstones under water action are researched quantitatively. The meso-damage-mechanisms of unmodified and modified mudstones are studied. Based on fractal theory, the relations between the fractal dimension of crack and the rate of water and strength of mudstone are researched. Relation between damage variable and the rate of water is set up. Damage constitutive equations are established by strain equivalence hypothesis.

水环境作用下,泥岩内部产生微孔隙、微裂纹等细观损伤基元,通过化学改性能够有效降低损伤程度。项目采用现场考察、实验研究、理论分析和综合分析相结合的方法,研究不同含水率及饱水-风干循环作用下改性前、后泥岩的细观损伤机理。利用XRD研究不同含水率泥岩成分的变化规律;选择不同聚硅氧烷类有机硅材料对泥岩改性,利用SEM和EDX研究改性前、后泥岩成分和微观结构的变化;利用激光共聚焦显微镜,实时观测饱水-风干循环过程中裂纹的演化过程;利用非接触光学扫描系统,同步观测改性前、后泥岩在加载过程中微裂纹的演化过程,分析不同水环境下泥岩的应力-应变全程曲线;通过数字图像分析处理技术,定量分析水环境下改性前、后泥岩损伤基元变化规律;揭示改性前、后泥岩的细观损伤机理;利用分形理论,研究裂纹的分形维数与含水率和力学强度之间的关系;建立损伤变量与含水率之间的关系,根据应变等效假设,建立改性前、后泥岩的损伤本构方程。

项目摘要

水环境作用下,泥岩内部产生微孔隙、微裂纹等细观损伤基元,通过化学改性能够有效降低损伤程度。项目采用现场考察、实验研究、理论分析和综合分析相结合的方法,研究不同含水率及饱水-风干循环作用下改性前、后泥岩的细观损伤机理。项目取得以下研究成果:(1)泥岩的崩解主要受饱水过程中产生的次生孔隙和泥岩表面受到的拉应力影响,总次生孔隙主要由水化学作用产生的次生孔隙和水的冲刷、运移物理作用产生的次生孔隙构成,饱水过程中泥岩受到不均匀应力,拉应力大于抗拉强度时孔隙相互扩展形成裂隙,裂隙的相互贯穿引起试样崩解。(2)随遇水-风干次数的增加,泥岩表面的裂纹数目、宽度逐渐增加。伊利石粘粒遇水后水分子进入粘粒晶胞之间,引起晶格膨胀。粘粒表面吸附的水膜导致粘粒间距增加。泥岩遇水过程中在水的物理、化学作用下内部产生大量次生孔隙并且体积膨胀。风干过程中泥岩表层风干速度大于内部风干速度,表层局部粘粒富集区域体积收缩产生裂纹,随着遇水-风干循环次数的增加泥岩内部裂纹的数量和尺寸逐渐增加,当裂纹贯穿试样时试样断裂。(3)有机改性时岩粒表面形成一层非极性憎水膜,但泥岩的抗剪强度提高幅度较小;无机改性时泥岩内部孔隙被三维网状凝胶结构填充,力学强度明显提高,但耐崩解性提高幅度较小;双重改性综合了有机改性和无机改性的优点,力学强度和耐崩解性显著提高。(4)拉应力较小时,泥岩内部形成局部变形区;随着拉应力的逐渐增加,局部变形区的面积逐渐增加,相邻的局部变形区相互合并,形成更大的局部变形区;局部变形区演化成应变局部化带;最终应变局部化带发展成宏观裂纹,试件发生破坏。水泥改性泥岩时,泥岩中聚集体间孔隙大部分被填充,抗拉强度提高。水泥改性泥岩后,随着水泥含量的增加,局部变形区演化成应变局部化带的位置逐渐向峰值载荷移动。水泥提高了泥岩的胶结程度,拉应力超过抗拉强度时,弹性能短时间内释放出来,使宏观裂纹迅速扩展。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

坚果破壳取仁与包装生产线控制系统设计

坚果破壳取仁与包装生产线控制系统设计

DOI:10.19554/j.cnki.1001-3563.2018.21.004
发表时间:2018
2

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

DOI:10.15986/j.1006-7930.2017.06.014
发表时间:2017
3

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

DOI:10.19964/j.issn.1006-4990.2020-0450
发表时间:2021
4

铁酸锌的制备及光催化作用研究现状

铁酸锌的制备及光催化作用研究现状

DOI:10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019090011
发表时间:2022
5

SRHSC 梁主要设计参数损伤敏感度分析

SRHSC 梁主要设计参数损伤敏感度分析

DOI:
发表时间:2014

杨建林的其他基金

相似国自然基金

1

考虑温度效应的泥岩各向异性细观损伤机制研究

批准号:41702344
批准年份:2017
负责人:张海洋
学科分类:D0705
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
2

地震荷载下混凝土细观损伤断裂机理及多尺度动态损伤模型研究

批准号:51009020
批准年份:2010
负责人:白卫峰
学科分类:E0906
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
3

改性轻骨料混凝土高温力学性能及细观损伤演化机理试验研究

批准号:11562010
批准年份:2015
负责人:郭荣鑫
学科分类:A0812
资助金额:48.00
项目类别:地区科学基金项目
4

高压水射流作用下煤岩细观动力损伤演化机理研究

批准号:51274259
批准年份:2012
负责人:司鹄
学科分类:E0408
资助金额:76.00
项目类别:面上项目