岩土力学 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (2): 653-659.doi: 10.16285/j.rsm.2017.1436

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于低场核磁共振的干湿循环对泥质砂岩 微观结构劣化特性的影响

谢凯楠1,姜德义1,孙中光1, 2,宋中强1,王静怡3,杨 涛4,蒋 翔1, 5   

  1. 1. 重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044; 2. 中煤科工集团重庆研究院有限公司 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室,重庆 400039; 3. 西南大学 地理科学学院,重庆 400715;4. 华北科技学院 安全工程学院,河北 廊坊 101601; 5. 重庆大学 土木工程学院,重庆 400044
  • 收稿日期:2017-08-21 出版日期:2019-02-11 发布日期:2019-02-14
  • 作者简介:谢凯楠,男,1990年生,博士研究生,主要从事岩石物理学的研究。
  • 基金资助:
    国家科技重大专项项目(No. 2016ZX05045001-005);重庆市研究生科研创新项目(No. CYB18031);国家自然科学基金(No. 51604116)

Influence of drying-wetting cycles on microstructure degradation of argillaceous sandstone using low field nuclear magnetic resonance

XIE Kai-nan1, JIANG De-yi1, SUN Zhong-guang1, 2, SONG Zhong-qiang1, WANG Jing-yi3, YANG Tao4, JIANG Xiang1, 5   

  1. 1. State Key Laboratory for the Coal Mine Disaster Dynamics and Controls, Chongqing University, Chongqing 400044, China; 2. State Key Laboratory of The Gas Disaster Detecting, Preventing and Emergency Controlling, China Coal Technology and Engineering Group Chongqing Research Institute, Chongqing 400039, China; 3. School of Geographical Sciences, Southwest University, Chongqing 400715, China; 4. School of Safety Engineering, North China Institute of Science and Technology, Langfang, Hebei 101601, China; 5. College of Civil Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China
  • Received:2017-08-21 Online:2019-02-11 Published:2019-02-14
  • Supported by:
    This work was supported by the National Science and Technology Major Project of the Ministry of Science and Technology of China(2016ZX05045001-005), the Graduate Research and Innovation Foundation of Chongqing (CYB18031) and the National Natural Science Foundation of China(51604116).

摘要: 为研究岩石经历干湿循环后的细观损伤演化特征,选取三峡库区某边坡的泥质砂岩为研究对象,在饱和状态下分别对各组进行多次干湿循环试验。采用低场核磁共振技术(NMR)研究了干湿循环作用对泥质砂岩的损伤行为,结果表明:干湿循环作用下,核磁共振T2谱图波峰信号幅度发生显著变化,T2谱图面积、孔隙率呈现出定量的指数增长;通过核磁共振成像(MRI)发现,随着干湿循环试验的进行,岩石内部孔隙逐渐增多,孔隙尺寸增大,形成贯通的小裂隙并逐渐扩展,不同干湿循环次数作用后的MRI内部结构变化与扫描电镜(SEM)微观结构变化相似;MRI像素点的灰度值分布符合对数高斯分布,分布期望随循环次数逐渐饱和;随着循环次数增加,力学参数逐渐降低,峰值应力的降低与孔隙率的增大成正相关。

关键词: 泥质砂岩, 干湿循环, 核磁共振(NMR), 核磁共振成像(MRI)

Abstract: To investigate the meso-damage evolution characteristics of rock under different drying-wetting cycles, a series of drying-wetting cycle experiments was conduct on saturated argillaceous sandstone from a slope in Three Gorges Reservoir. Low field nuclear magnetic resonance(NMR) was used to test the damage behaviors of the sandstone subjected to drying-wetting cycle. The amplitude of NMR T2 spectrum significantly changed under the influence of the drying-wetting cycle. With increasing drying-wetting cycles, the peak stress of argillaceous sandstone decreased exponentially, and the T2 spectrum area and porosity showed exponential increase. The internal pore of rock increased gradually, and the pore size increased, finally small cracks coalesced and extended gradually. The final cracks distribution of MRI of specimen were similar to the SEM ones under different wetting-drying cycles. The gray value distribution of the pixels in MRI coincided with logarithmic Gauss distribution, and the expectation of the distributions was gradually saturated with drying-wetting cycles. As the number of cycles increased, the mechanical parameters gradually decreased, and the decrease of peak stress was positively correlated with the increase of porosity.

Key words: argillaceous sandstone, drying-wetting cycle, nuclear magnetic resonance (NMR), magnetic resonance imaging (MRI)

中图分类号: 

  • TU 452
[1] 胡 智, 李志超, 李丽华, 严鑫, 詹伟. 基于CT的干湿循环−动荷载贯序耦合作用下 压实粉质黏土细观结构特征研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(10): 2860-2870.
[2] 李源, 魏明俐, 刘磊, 威巍, 陈亿军, . 纤维加筋高钙地聚物固化高黏尾砂的 强度特性及机制分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(1): 43-53.
[3] 陈星, 李建林, 邓华锋, 党莉, 刘奇, 王兴霞, 王伟, . 卸荷蠕变条件下软硬相接岩层非协调变形规律研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(1): 303-316.
[4] Muhammad Usman Azhar, 周 辉, 杨凡杰, 高阳, 朱勇, 路新景, 房后国, 耿轶君, . 软弱泥质砂岩地层中输水隧洞稳定性研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 626-639.
[5] 周辉, 宋明, 张传庆, 杨凡杰, 路新景, 房后国, 邓伟杰, . 三轴应力下水对泥质砂岩力学特性 影响的试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(9): 2391-2398.
[6] 刘新喜, 李玉, 范子坚, 李盛南, 王玮玮, 董蓬, . 干湿循环作用下单裂隙炭质页岩能量演化与 破坏特征研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(7): 1761-1771.
[7] 陈锐, 张星, 郝若愚, 包卫星. 干湿循环下地聚合物固化黄土强度 劣化机制与模型研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(5): 1164-1174.
[8] 柴少波, 宋浪, 刘欢, 阿比尔的, 柴连增, . 酸性干湿循环下充填节理岩石劣化性能试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(11): 2993-3002.
[9] 许健, 武智鹏, 陈辉, . 干湿循环效应下玄武岩纤维加筋黄土 三轴剪切力学行为研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(1): 28-36.
[10] 刘越, 陈东霞, 王晖, 于佳静, . 干湿循环下考虑裂隙发育的残积土边坡响应分析[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1933-1943.
[11] 郝延周, 王铁行, 程磊, 金鑫, . 考虑干湿循环影响的压实黄土结构性本构关系[J]. 岩土力学, 2021, 42(11): 2977-2986.
[12] 胡智, 艾聘博, 李志超, 马强, 李丽华, . 干湿循环−动荷载贯序耦合作用下压实粉质 黏土电阻率演化规律[J]. 岩土力学, 2021, 42(10): 2722-2732.
[13] 刘俊东, 唐朝生, 曾浩, 施斌. 干湿循环条件下黏性土干缩裂隙演化特征[J]. 岩土力学, 2021, 42(10): 2763-2772.
[14] 高玮, 胡承杰, 贺天阳, 陈新, 周聪, 崔爽, . 基于统计强度理论的破裂岩体本构模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2179-2188.
[15] 张宗堂, 高文华, 张志敏, 唐骁宇, 邬俊, . 基于Weibull分布的红砂岩颗粒崩解破碎演化规律[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 877-885.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 李 奎,高 波. 地铁隧道下穿小河和桥梁的施工方案研究[J]. , 2010, 31(5): 1509 -1516 .
[2] 杨 冰,杨 军,常 在,甘厚义,宋二祥. 土石混合体压缩性的三维颗粒力学研究[J]. , 2010, 31(5): 1645 -1650 .
[3] 肖世国,鲜 飞,王唤龙. 一种微型桩组合抗滑结构内力分析方法[J]. , 2010, 31(8): 2553 -2559 .
[4] 叶海林,郑颖人,黄润秋,杜修力,李安洪,许江波. 强度折减动力分析法在滑坡抗滑桩抗震设计中的应用研究[J]. , 2010, 31(S1): 317 -323 .
[5] 张志沛,彭 惠,饶 晓. 软土地基注浆扩散过程数值模拟研究[J]. , 2011, 32(S1): 652 -0655 .
[6] 吴礼舟 ,张利民 ,黄润秋. 成层非饱和土渗流的耦合解析解[J]. , 2011, 32(8): 2391 -2396 .
[7] 刘 润 ,王秀妍 ,刘月辉 ,王武刚. 点支撑缺陷下海底埋管热屈曲分析[J]. , 2011, 32(S2): 64 -69 .
[8] 梁耀哲. 刚性桩复合地基的主动土压力分析[J]. , 2012, 33(S1): 25 -29 .
[9] 韩建新 ,李术才 ,李树忱 ,杨为民 ,汪 雷 . 基于强度参数演化行为的岩石峰后应力-应变关系研究[J]. , 2013, 34(2): 342 -346 .
[10] 黄 达 ,岑夺丰 ,黄润秋 . 单裂隙砂岩单轴压缩的中等应变率效应颗粒流模拟[J]. , 2013, 34(2): 535 -545 .