發(fā)布時(shí)間：2020-06-14 17:37

【摘要】：泥巖吸水性較強(qiáng),并在吸水后軟化、崩解,極易引發(fā)滑坡、突水或突泥等重大地質(zhì)災(zāi)害。而泥巖內(nèi)粘土礦物的賦存種類及含量是其吸水性的主要影響因素之一。泥巖中粘土礦物的化學(xué)組成較為相近,主要由硅鋁酸鹽構(gòu)成,因此泥巖中粘土礦物孔隙結(jié)構(gòu)的變化會(huì)導(dǎo)致其吸水性的顯著差異。因此探究泥巖中粘土礦物的種類及含量對(duì)其孔隙結(jié)構(gòu)及吸水特性的影響規(guī)律,將為進(jìn)一步研究泥巖因吸水弱化誘發(fā)的突水、滑坡等災(zāi)害提供理論支撐。泥巖內(nèi)常見的粘土礦物主要有蒙脫石、高嶺石及伊利石,且通常以混合形式存在。為模擬真實(shí)泥巖粘土礦物組成,本文選取化學(xué)純的蒙脫石、高嶺石及伊利石,將其按照一定配比進(jìn)行混合,制成人工摻雜粘土礦物。同時(shí)還采集了兩種泥巖樣品,通過對(duì)照分析,揭示了粘土成分對(duì)泥巖吸水特性影響的實(shí)質(zhì)。采用X射線衍射儀及低溫液氮吸附儀對(duì)樣品的礦物成分及孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試。在不同的相對(duì)濕度條件下,對(duì)人工摻雜粘土礦物及泥巖樣品進(jìn)行了吸水實(shí)驗(yàn),將孔隙結(jié)構(gòu)與樣品的吸水量進(jìn)行了關(guān)聯(lián)。所得研究結(jié)果如下:(1)高嶺石的孔隙結(jié)構(gòu)偏向于狹縫平板型,伊利石的孔隙結(jié)構(gòu)偏向于墨水瓶型,蒙脫石和人工摻雜粘土礦物的孔隙結(jié)構(gòu)則兼具狹縫平板與墨水瓶型的特點(diǎn)。本文所取兩類隔水層處的泥巖樣品,主要含有的粘土礦物為高嶺石、伊利石和少量蒙脫石,其孔隙結(jié)構(gòu)特征與人工摻雜粘土礦物相同較為相似。由于泥巖中含有較多石英、長石等孔隙結(jié)構(gòu)不發(fā)達(dá)的礦物,與人工摻雜粘土礦物相比,泥巖樣品的比表面積、孔體積等孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)相對(duì)較小。(2)基于分形FHH模型,可依據(jù)低溫液氮吸附數(shù)據(jù),計(jì)算粘土礦物多層吸附和毛細(xì)凝聚階段的分形維數(shù)。由于多層吸附與毛細(xì)凝聚階段的劃分沒有嚴(yán)格量化的區(qū)分指標(biāo),因而存在多種階段劃分方式。階段劃分點(diǎn)的選擇對(duì)人工摻雜粘土礦物及泥巖樣品多層吸附階段分形維數(shù)的計(jì)算結(jié)果影響相對(duì)較大,對(duì)兩種樣品毛細(xì)凝聚階段分形維數(shù)的計(jì)算結(jié)果影響較小。與人工摻雜粘土礦物相比,泥巖樣品由于其成分更為復(fù)雜,因而計(jì)算所得的分形維數(shù)相比更大。(3)人工摻雜粘土礦物及泥巖樣品吸水率均隨相對(duì)濕度的升高而增加。兩類樣品在不同相對(duì)濕度條件下的吸水率可由Guggenheim-Anderson-deBoer(GAB)模型進(jìn)行擬合。根據(jù)擬合計(jì)算所得的單層吸附量可知,人工摻雜粘土礦物及泥巖樣品由單層吸附階段向多層吸附階段的轉(zhuǎn)折區(qū)間均介于相對(duì)濕度11%～33%的吸附量之間。人工摻雜粘土礦物的吸水率可以根據(jù)單一礦物吸水率按照配比進(jìn)行預(yù)測(cè),人工摻雜粘土礦物的吸水率與所含礦物類型及比例密切相關(guān),蒙脫石與高嶺石混合的樣品、蒙脫石與伊利石混合的樣品中吸水率隨蒙脫石含量的增加而增加,高嶺石與伊利石混合的樣品中吸水率隨高嶺石含量的增加而增加。泥巖的吸水率可根據(jù)人工摻雜粘土礦物吸水率與礦物類型及比例間的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行預(yù)測(cè)。(4)人工摻雜粘土礦物及泥巖樣品的比表面積和吸水率線性相關(guān)度最高,兩類樣品的吸水率隨比表面積的增加而升高�？左w積及平均孔徑與吸水率沒有顯著相關(guān)性。粘土類礦物主要通過改變比表面積對(duì)泥巖的吸水性產(chǎn)生影響。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD985
【圖文】：

圖 1-1 回滯環(huán)分類Table 1-1 Classification of backward loop粘土礦物孔隙結(jié)構(gòu)的研究主要集中在一些常見粘土礦物（蒙脫一些富含粘土礦物的泥巖中。由于孔隙結(jié)構(gòu)與吸附的關(guān)系極為者普遍采用氣體吸附法對(duì)粘土礦物的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。氣體Brunauer、Emmett 及 Teller 三人在 1938 年提出的 BET 多層吸附于 BET 模型誕生了一大批物理吸附儀，人們采用低溫液氮、粘土礦物進(jìn)行等溫吸脫附實(shí)驗(yàn)。根據(jù)所得測(cè)試結(jié)果，采用 BET進(jìn)行計(jì)算。之后在開爾文方程的基礎(chǔ)上又出現(xiàn)了 BJH 理論，使物孔徑、孔容等參數(shù)。隨后在 20 世紀(jì) 90 年代，Avnir 等[22]將型，建立了適用于粗糙表面的分形 FHH 吸附模型，進(jìn)而通過孔隙壁面的分形維數(shù)，對(duì)礦物孔隙壁面粗糙度進(jìn)行定量化描述少學(xué)者采用掃描電鏡的技術(shù)手段對(duì)粘土礦物的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行研

2-3 實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程圖：（a）樣品制備、（b）水分吸附、（c）干燥稱重、（d）孔隙及礦物成分測(cè)igure 2-3 Experimental implementation process: (a) preparation of samples, (b) water absorption, (c) drand weighing, (d) test of pore structure and mineral composition2.4 本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)所需的試劑、樣品礦物成分測(cè)試設(shè)備、孔隙結(jié)構(gòu)測(cè)試設(shè)備及吸水實(shí)驗(yàn)裝置。并選取蒙脫石、高嶺石及伊利石三種典型粘土礦物，依據(jù)不同配比用加水?dāng)嚢璧姆绞�，�?25 ℃條件下制備了人工摻雜粘土礦物。同時(shí)本章詳細(xì)闡述取泥巖樣品的采樣條件及采樣后對(duì)樣品的加工過程。此外，本章還分析了泥巖與所工摻雜粘土礦物的礦物組成成分，并設(shè)計(jì)了不同相對(duì)濕度條件下的實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)定RD 及低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)的條件，為進(jìn)一步探究人工摻雜粘土礦物的孔隙及吸水特供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

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1 張淑新,齊慶杰,劉建忠,周俊虎,曹欣玉,岑可法;石灰石的孔隙結(jié)構(gòu)特性及對(duì)固氟反應(yīng)的影響[J];燃料化學(xué)學(xué)報(bào);2002年04期

2 周南翔,呂國祥;模糊聚類分析程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];新疆石油地質(zhì);1988年04期

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4 趙碧華;用CT掃描技術(shù)觀察油層巖心的孔隙結(jié)構(gòu)[J];西南石油學(xué)院學(xué)報(bào);1989年02期

5 王子振;王瑞和;邱浩;李天陽;單s

本文編號(hào)：2713129