探討重金屬污染物侵入對(duì)巖石力學(xué)性能影響

崔 巍 王 靜 王 瑾

（西安科技大學(xué)高新學(xué)院 710109）

探討重金屬污染物侵入對(duì)巖石力學(xué)性能影響

崔 巍 王 靜 王 瑾

（西安科技大學(xué)高新學(xué)院 710109）

通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)對(duì)重金屬污染物侵入對(duì)巖石力學(xué)性能的影響進(jìn)行分析，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果來繪制關(guān)于重金屬含量與巖石抗壓強(qiáng)度兩者關(guān)系的曲線圖，而重金屬含量與巖石抗壓強(qiáng)度之間的相關(guān)關(guān)系通過線性回歸分析法來進(jìn)行研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，重金屬污染對(duì)巖石力學(xué)強(qiáng)度產(chǎn)生一定的影響，與重金屬污染物含量呈反比關(guān)系，即重金屬含量增加，則巖石的力學(xué)強(qiáng)度減小。

重金屬污染物；巖石力學(xué)性能；相關(guān)關(guān)系；影響

根據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，重金屬污染對(duì)巖石的力學(xué)性能產(chǎn)生較大的影響，在污染前后，巖石的風(fēng)化速度、力學(xué)強(qiáng)度等有著明顯的差異。但在研究過程中，注重重金屬污染物對(duì)巖石物化作用與風(fēng)化性能研究較為深入，但對(duì)于巖石的力學(xué)性能研究較少，研究成果不明顯[1]。本文將未受到重金屬污染物污染的巖石與重金屬污染巖石兩者進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，觀察在不同含量的重金屬污染物下巖石的風(fēng)化耐久性能、荷載強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)等，對(duì)重金屬污染物侵入對(duì)巖石力學(xué)性能的影響進(jìn)行分析。

一、污染巖石的強(qiáng)度試驗(yàn)

（一）抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)

重金屬污染物的侵入，侵入的巖石表面會(huì)出現(xiàn)裂隙，且裂隙化程度會(huì)不斷加快，從而使巖石的抗剪強(qiáng)度降低。為了使重金屬污染物在侵入巖石后，巖石的抗剪強(qiáng)度變化情況可以直觀的反映出來，選取2組具有代表性的污染砂巖與污染泥巖對(duì)巖石的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)[2]。通過檢測(cè)儀檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在污染巖石中侵入的重金屬元素主要是銅、鉛、鋅、鎘，污染物的綜合含量約為1.5%-3.5%，抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在相同狀態(tài)下，同種巖石會(huì)隨著侵入的重金屬含量增加，巖石的抗剪強(qiáng)度會(huì)隨之降低，重金屬含水量增加，則巖石的抗剪強(qiáng)度也會(huì)隨之降低。

（二）風(fēng)化耐久性強(qiáng)度試驗(yàn)

當(dāng)巖石受到重金屬污染物的侵入后，會(huì)使巖層表面的膠結(jié)物產(chǎn)生溶蝕，從而降低了巖石的風(fēng)化耐久性強(qiáng)度，而巖石的抗壓強(qiáng)度則直接反應(yīng)了巖石的風(fēng)化耐久性強(qiáng)度。本文選取2組具有代表性的砂巖、泥巖對(duì)巖石的風(fēng)化耐久性強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)的過程是先將巖石烘干，再浸水，再烘干的循環(huán)過程，每一個(gè)階段耗時(shí)3d,在每一個(gè)循環(huán)階段下，巖石的抗壓強(qiáng)度變化如下表1所示。經(jīng)過試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，巖石在受到重金屬污染物的侵入后，巖石的單軸抗壓強(qiáng)度較污染物含量高的巖石樣本高[3]。隨著侵入的重金屬污染物含量不斷增加，巖石的抗壓強(qiáng)度會(huì)隨之降低，受重金屬污染的巖石在經(jīng)過循環(huán)試驗(yàn)后，巖石的單軸抗壓強(qiáng)度下降，降低幅度≥45%。

表1：巖石風(fēng)化耐久性強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

（三）點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)

巖石中侵入的重金屬污染物會(huì)使巖石裂縫表面的膠體物加速溶蝕，從而導(dǎo)致巖石顆粒之間的膠結(jié)力降低，加快了巖石的裂隙化程度，使巖石的完整性造成一定的破壞，因此巖石的力學(xué)性能降低。經(jīng)過點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，受到重金屬污染的巖石，其抗拉強(qiáng)度與點(diǎn)荷載強(qiáng)度會(huì)隨著重金屬污染物的含量變化而不斷變化，且會(huì)隨著重金屬污染物含量的不同而發(fā)生不同幅度的變化[4]。在相同的環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)操作，發(fā)現(xiàn)當(dāng)重金屬污染物含量增加時(shí)，巖石的抗拉強(qiáng)度與點(diǎn)荷載強(qiáng)度會(huì)隨之降低。巖石的風(fēng)化狀態(tài)對(duì)點(diǎn)荷載強(qiáng)度的影響并不十分明顯，但巖石的巖性會(huì)對(duì)點(diǎn)荷載強(qiáng)度與抗拉前度值降低的幅度會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。

二、重金屬含量與巖石抗壓強(qiáng)度關(guān)系

（一）重金屬污染物含量與薄層狀淺紫色泥巖單軸抗壓強(qiáng)度關(guān)系

經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，重金屬污染物含量與巖石的強(qiáng)度之間具有密切的相關(guān)關(guān)系，因此對(duì)重金屬污染物含量與薄層狀淺紫色泥巖單軸抗壓強(qiáng)度關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)。采取紫紅色泥巖侵入不同含量的重金屬污染物共21組，通過烘干、浸水試驗(yàn)，在巖石含水量相同的情況下進(jìn)行巖石點(diǎn)荷載試驗(yàn)，并通過線性回歸分析法將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較與分析，根據(jù)相關(guān)軟件及線性回歸分析法得知，相關(guān)系數(shù)R為-0.877，重金屬含量與泥巖強(qiáng)度的關(guān)系為負(fù)相關(guān)關(guān)系，可以用冪函數(shù)表示。

（二）重金屬污染物含量與中厚層紫色砂巖單軸抗壓強(qiáng)度關(guān)系

對(duì)重金屬污染物含量與中厚層紫色砂巖單軸抗壓強(qiáng)度的關(guān)系試驗(yàn)可以通過線性回歸分析法進(jìn)行分析，根據(jù)線性回歸分析及相關(guān)軟件分析得知，相關(guān)系數(shù)R為-0.898，即二者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，重金屬含量與中厚層紫色砂巖的強(qiáng)度可以用冪函數(shù)表示[5]。隨著重金屬污染物含量的變化，巖石的強(qiáng)度也會(huì)隨之發(fā)生明顯的變化。重金屬污染物含量增加時(shí)，巖石的強(qiáng)度會(huì)隨之降低，在重金屬污染物含量≥1.5%，重金屬含量增加，則巖石的單軸抗壓強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)。

結(jié)語：

總而言之，本文根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)對(duì)巖石的風(fēng)化耐久性強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、點(diǎn)荷載試驗(yàn)與抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)等的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在相同條件下， 重金屬污染物的含量增加時(shí)，巖石風(fēng)化耐久性、抗壓強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度都會(huì)隨之減少。根據(jù)重金屬污染物含量與兩種巖石抗壓強(qiáng)度的關(guān)系對(duì)比發(fā)現(xiàn)，重金屬含量與泥巖的強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，重金屬含量與砂巖的強(qiáng)度也是呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，綜合表面，重金屬污染物的侵入對(duì)巖石的力學(xué)性能會(huì)造成一定的影響。

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S210

B

1007-6344（2017）05-0130-01

崔?。?989-）女，漢，陜西漢中，碩士，助教，研究方向：巖石力學(xué)性能研究，環(huán)境流體力學(xué)。

鈦酸鉍鈉系無鉛壓電陶瓷固溶改性研究（編號(hào)KJ201704） 基金項(xiàng)目：軸承轉(zhuǎn)子非線性動(dòng)力學(xué)（編號(hào)KJ201705）