理论教育 石膏岩力学特性及高温盐溶液浸泡作用研究成果

石膏岩力学特性及高温盐溶液浸泡作用研究成果

时间:2023-08-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:计算获知,在低温半饱和至高温饱和盐溶液浸泡条件下,石膏岩弹性模量依次为5.92 GPa,3.71 GPa,2.37 GPa,0.21 GPa,呈线性规律降低,初步凸显氯离子侵蚀作用的效果。对比3.3.2节试验结果可知,浸泡20 d后,石膏岩弹性模量由干试件的6.6 GPa降至2.8~4.5 GPa。显然,在60 d长时间的浸泡,以及高温促进氯离子渗透侵蚀的双重作用下,石膏岩弹性模量的降幅更大。

石膏岩力学特性及高温盐溶液浸泡作用研究成果

3.3.2节初步揭示了盐溶液对石膏力学特性的侵蚀影响。在盐岩储库实际的水溶建造过程中,石膏类夹层除受不同浓度盐溶液浸泡作用外,还受到溶腔内部温度的影响。为了进一步揭示时间及温度对盐溶液中浸泡石膏岩力学特性的影响,在已有工作的基础上,在实验室进一步对同类石膏岩进行了浸泡时间分别为30 d,60 d,80 d,温度分别为40℃,70℃的饱和与半饱和盐溶液条件下的力学特性试验。

石膏岩在不同温度与盐溶液条件下浸泡60 d后,其单轴抗压试验结果见表3-14。从总体上看,随溶液温度与浓度的增加,石膏岩强度呈线性降低趋势,尤其在70℃饱和盐溶液中,强度仅为1.1~1.8 MPa,相应抗压强度应变也增至0.43%~1.00%。计算获知,在低温半饱和至高温饱和盐溶液浸泡条件下,石膏岩弹性模量依次为5.92 GPa,3.71 GPa,2.37 GPa,0.21 GPa,呈线性规律降低,初步凸显氯离子侵蚀作用的效果。在饱和盐溶液中盐离子浓度更高,在高温环境下,其向石膏岩内部扩散运移的能力更强,从而对石膏岩的侵蚀、强度弱化以及促使石膏岩产生变形的能力更加强烈。另外,这一扩散侵蚀过程与时间有极大关系,时间越长,侵蚀程度也越严重。对比3.3.2节试验结果可知,浸泡20 d后,石膏岩弹性模量由干试件的6.6 GPa降至2.8~4.5 GPa。显然,在60 d长时间的浸泡,以及高温促进氯离子渗透侵蚀的双重作用下,石膏岩弹性模量的降幅更大。

表3-14 石膏岩单轴抗压试验结果

浸泡60 d后,不同温度、不同溶液浓度条件下,石膏岩力学特性综合分析对比见表3-15。在温度为40℃的饱和盐溶液浸泡作用下,石膏岩强度为9.14 MPa,与半饱和盐溶液中强度10.6 MPa相比,降低13.8%;相应抗压强度对应应变由半饱和盐溶液中的0.29%增至饱和盐溶液的0.43%,增幅48.3%。当溶液温度升高至70℃后,石膏岩在饱和盐溶液中浸泡60 d后的强度仅为1.46 MPa,与半饱和盐溶液中7.1 MPa相比,降幅高达79.4%;但相应抗压强度对应应变从半饱和盐溶液中的0.59%增至饱和盐溶液中的0.64%,增幅仅为8.5%。(www.daowen.com)

将石膏岩在不同条件下的强度与干试件强度相比,得到不同条件下石膏岩强度软化系数(表3-15)。由上述结果可见,温度与盐溶液浓度对石膏岩强度及变形均会造成影响。在溶液浓度相同条件下,在20℃(20 d),40℃(60 d),70℃(60 d)条件下,石膏岩在半饱和盐溶液中的抗压强度分别为12.2 MPa,10.6 MPa,7.1 MPa。与干试件相比,强度软化系数分别为0.84,0.73,0.48。随温度升高与浸泡时间的延长,强度与软化系数逐渐减小。而在饱和盐溶液中,60 d、70℃浸泡作用下的强度软化系数为0.10。可见,由于高盐分溶液的侵蚀作用,在相同温度与时间条件下,饱和盐溶液中更多含量的氯离子对矿物岩石的强烈侵蚀,使得其对石膏岩的强度软化更为严重。

表3-15 不同条件下石膏岩力学特性对比分析

注:石膏岩干试件抗压强度为14.6 MPa,对应应变为0.39%。

表3-15中,在常温盐溶液中浸泡20 d后,石膏岩试件强度均低于干试件强度。尽管试件在饱和盐溶液中浸泡后的强度(13.2 MPa)略高于半饱和盐溶液中浸泡后的强度(12.2 MPa),但这二者相差较小,不排除为试件之间的个体差异所致。另外,由于溶液温度低、浸泡时间短,尽管饱和与半饱和盐溶液浓度有一定差别,但远高于其常态条件下的侵蚀浓度(0.6~0.9 mg/m L),不足以体现二者之间的差异。再者,在温度、浓度等因素影响不重要的条件下,石膏岩在水溶液中的缓慢溶解可能是其物理力学特性变化的主要影响因素,此时其在较低浓度溶液中的溶解速度大于高浓度溶液,从而改变其物理力学特性,但这一因素也与时间密切相关。因此,研究与时间相关的缓慢渗透侵蚀作用,必须有足够的试验时间或者促进渗透作用的外在条件(如提高温度)。

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