泥岩物性與改性 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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柴肇雲 著

圖書標籤:

• 泥岩
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• 儲層評價
• 岩石力學
• 工程地質
• 鑽井工程
• 地質工程

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030543783

版次：1

商品編碼：12241964

包裝：平裝

叢書名： 博士後文庫

開本：16開

齣版時間：2017-09-01

用紙：膠版紙

頁數：188

字數：240000

正文語種：中文

內容簡介

《泥岩物性與改性》係統論述我國煤係地層泥岩的物理力學性質及通過電化學和有機矽材料改性技術實現其工程特性強化的理論與方法。《泥岩物性與改性》詳細介紹煤係泥岩的典型工程危害及礦物學特徵、錶麵性質與孔裂隙特徵、力學性質、泥化與崩解以及脹縮性等與工程特性密切相關的物理力學性質，係統闡述采用電化學和有機矽材料改性技術強化泥岩工程特性的研究思路方法及軟岩巷道圍岩的改性加固技術等。

目錄

《博士後文庫》序言
前言
第1章 緒論 1
1.1 泥岩的工程特徵 2
1.1.1 泥岩的強度特性 2
1.1.2 泥岩的變形特性 3
1.1.3 泥岩的水理特性 4
1.2 軟岩工程穩定性控製方法及局限性 7
1.3 泥岩改性的基本思路 8
1.3.1 電化學改性技術的發展 9
1.3.2 有機矽材料改性技術的發展 10
參考文獻 12
第2章 泥岩的典型工程危害及礦物學特徵 16
2.1 泥岩的工程危害 16
2.2 煤係地層泥岩的成因 20
2.2.1 泥岩所含黏土礦物 20
2.2.2 黏土礦物成因分析 23
2.3 泥岩的物質組成 25
參考文獻 32
第3章 泥岩的錶麵性質與孔裂隙特徵 34
3.1 泥岩的錶麵凹凸形貌特徵 34
3.2 泥岩的錶麵性質 38
3.2.1 錶麵潤濕性 38
3.2.2 錶麵能 41
3.2.3 錶麵官能團 42
3.2.4 錶麵電性 42
3.3 泥岩的孔裂隙特徵 45
3.3.1 孔隙分類與測定方法 45
3.3.2 顯微孔裂隙形態特徵 46
3.3.3 孔裂隙分布特徵 49
3.4 孔裂隙與吸水性的關係 50
參考文獻 51
第4章 泥岩的力學性質 53
4.1 泥岩的單軸壓縮 53
4.1.1 單軸壓縮的全程應力-應變麯綫 53
4.1.2 單軸壓縮的破壞形式 55
4.1.3 峰後殘餘強度與支護的相互關係 55
4.2 泥岩的巴西劈裂 56
4.2.1 巴西劈裂的載荷-位移麯綫 56
4.2.2 巴西劈裂的破壞形式 57
4.3 泥岩的壓剪破壞 58
4.3.1 變角剪切壓模試驗 58
4.3.2 壓剪破壞的裂隙演化規律 62
4.3.3 壓剪破壞破裂塊體的分形特徵 64
參考文獻 67
第5章 泥岩的泥化與崩解 68
5.1 泥岩的泥化特性 68
5.2 泥岩的耐崩解性 69
5.2.1 實驗樣品與方法 69
5.2.2 崩解循環對岩樣形態的影響 71
5.2.3 崩解循環對耐崩解性指數的影響 72
5.2.4 耐崩解性差異産生機理分析 75
5.3 泥岩的泥化崩解機理 75
5.3.1 泥岩的泥化機理 75
5.3.2 泥岩的崩解機理 77
參考文獻 79
第6章 泥岩的脹縮性 80
6.1 試驗岩樣與方法 81
6.1.1 試驗岩樣 81
6.1.2 試樣製備 81
6.1.3 試驗裝置 82
6.1.4 試驗方案 83
6.2 泥岩膨脹各嚮異性 84
6.2.1 膨脹變形隨層理麵方位的變化規律 84
6.2.2 膨脹各嚮異性形成機理 85
6.3 水化學環境變化對膨脹性的影響 87
6.3.1 溶液濃度變化 87
6.3.2 陽離子價位變化 88
6.3.3 化學路徑 93
6.4 泥岩的循環脹縮特性 94
6.4.1 脹縮變形隨循環次數的變化規律 94
6.4.2 泥岩循環脹縮特性的形成機理 96
6.5 關於泥岩脹縮性的討論 97
參考文獻 98
第7章 泥岩的電化學改性 100
7.1 改性前後泥岩的零電荷點與電荷密度 100
7.1.1 電位滴定(PT)法 100
7.1.2 電位滴定法測定零電勢點的理論探討 101
7.1.3 零電勢點的測定結果與分析 102
7.2 改性前後泥岩的ζ電位和等電點 105
7.3 改性前後泥岩顆粒沉降與體積膨脹性 106
7.3.1 試驗岩樣與方法 106
7.3.2 試驗現象及其機理解釋 108
7.3.3 蒸餾水中電化學作用對泥岩顆粒沉降與膨脹性的影響 109
7.3.4 溶液濃度對泥岩顆粒沉降與膨脹性的影響 111
7.3.5 加電時機對泥岩顆粒沉降與膨脹性的影響 113
7.3.6 電位梯度對泥岩顆粒沉降與膨脹性的影響 114
7.3.7 電化學作用過程中岩樣電流強度和溫度的變化 115
7.4 改性前後泥岩礦物成分含量與晶體結構 116
7.4.1 溶液濃度變化對泥岩礦物成分含量的影響 117
7.4.2 溶液濃度變化對泥岩新生礦物及其含量的影響 119
7.4.3 溶液濃度變化對泥岩礦物晶層間距的影響 119
7.4.4 溶液濃度變化對泥岩礦物晶粒大小的影響 120
7.5 改性前後泥岩孔裂隙與強度 122
7.5.1 試驗岩樣與方法 122
7.5.2 典型試驗現象 123
7.5.3 溫度變化 125
7.5.4 孔隙變化 127
7.5.5 顯微結構變化 129
7.5.6 單軸抗壓強度變化 132
7.6 泥岩電化學改性的物理模擬 133
7.6.1 試驗裝置與試驗過程 133
7.6.2 試驗現象 135
7.6.3 電極腐蝕與新生礦物 136
7.6.4 電流變化與電流降低率 138
7.6.5 電阻率變化 138
7.6.6 單軸抗壓強度變化 140
7.6.7 泥岩電化學作用機理分析 142
7.6.8 電阻率與單軸抗壓強度的相關性 143
7.6.9 存在問題與討論 143
7.7 電化學改性巷道圍岩電極布置方式 144
7.7.1 現有電極布置方式及存在問題 144
7.7.2 改進後的電極布置方式及閤理性分析 146
參考文獻 148
第8章 泥(砂)岩的有機矽材料改性 150
8.1 有機矽材料改性軟岩思路的遞進演化 150
8.2 有機矽材料改性泥岩的物性演化規律 151
8.2.1 試驗岩樣與改性材料 151
8.2.2 改性前後泥岩物性變化規律 151
8.2.3 改性機理分析 158
8.2.4 討論 158
8.3 有機矽材料改性砂岩的強度與ζ電位變化規律 159
8.3.1 改性材料與試驗岩樣及方案 159
8.3.2 改性前後砂岩強度變化規律 160
8.3.3 改性前後砂岩ζ電位變化規律 164
8.3.4 改性機理分析與討論 166
8.4 有機矽材料改性軟岩的工業試驗 166
8.4.1 試驗巷道的基本情況 166
8.4.2 巷道變形破壞特徵及機理分析 168
8.4.3 巷道支護方案 169
8.4.4 效果檢驗與經濟效益分析 170
參考文獻 174
編後記 175

泥岩物性與改性 導言：深層地質環境的挑戰與機遇 在現代土木工程、油氣開采以及地質災害防治領域，對深層地質材料，尤其是泥岩的理解和有效管理，是決定工程成敗的關鍵因素之一。泥岩，作為沉積岩中的重要組成部分，其獨特的物理化學性質——如高含水率、低滲透性、遇水敏感性（膨脹或軟化）、以及在應力作用下的蠕變與失穩特性——對地下結構物的長期穩定性構成瞭嚴峻的挑戰。 本書《泥岩物性與改性》並非聚焦於單一的實驗方法論或純理論推導，而是緻力於構建一個從微觀結構到宏觀工程響應，再到工程應用解決方案的完整知識體係。它深刻認識到，傳統的岩土工程方法在麵對復雜、非均質的泥岩地層時往往捉襟見肘。因此，本書旨在提供一套前瞻性的、綜閤性的工具箱，用以解析泥岩的行為模式，並提供切實可行的工程控製與優化策略。 第一部分：泥岩的精細化錶徵——從礦物學到流變學 泥岩的復雜性源於其多相結構。本書摒棄瞭將泥岩視為“均質”土體的傳統觀點，而是深入挖掘其內在的異質性。 第一章：礦物學與微觀結構控製 本章詳細闡述瞭泥岩中粘土礦物（如伊利石、濛脫石、高嶺石）的種類、比例及其在水化過程中的反應活性。重點分析瞭這些礦物在特定溫度、壓力和離子強度下的晶格結構變化，以及這些變化如何直接影響整體岩石的工程力學參數。通過高分辨率掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）的圖像分析，讀者將清晰地看到泥岩孔隙網絡的連通性、孔隙度分布以及顆粒間的接觸關係，這些微觀特徵是理解滲透性和強度變化的基礎。 第二章：水-岩相互作用的動力學 泥岩的工程特性極易受水環境影響。本章側重於描述水在泥岩內部的遷移機製，包括吸附水、膠結水和孔隙水的區彆。引入瞭非飽和土力學的概念，探討瞭基質吸力和孔隙水壓力耦閤作用下的有效應力原理在泥岩中的適用性與局限性。特彆關注瞭“遇水敏感性”——泥岩在浸泡或滲透水流作用下，粘土顆粒的溶脹、分散和結構破壞過程的動力學模型。 第三章：非常規力學行為的量化分析 泥岩在地下深處的應力狀態往往是長期、低應變率的。本章集中研究瞭泥岩的蠕變、鬆弛和應力鬆弛行為。利用三軸蠕變試驗和時間-應變速率耦閤模型，量化瞭黏塑性變形對隧道、深基坑和井壁穩定性的長期影響。此外，對泥岩的動態響應，如在地震或爆破載荷下的非綫性彈性與彈塑性轉變，也進行瞭深入的探討，為動態風險評估提供瞭基礎數據。 第二部分：工程挑戰與地質環境的耦閤分析 泥岩的工程響應並非孤立的材料特性，而是與具體的工程環境和地質背景緊密耦閤的結果。 第四章：鑽探與井壁穩定性問題 在油氣和地熱開發中，泥岩井壁的坍塌和卡鑽是普遍難題。本章係統分析瞭鑽井液的侵入深度、濾餅的力學性能，以及泥岩在井筒壓力波動下的失穩機理。提齣瞭基於“鑽井窗口”理論的優化策略，考慮瞭地層應力、岩石脆性以及鑽井液pH值對井壁完整性的協同控製。 第五章：地下水動力對邊坡與基坑的影響 對於大型基礎設施項目，泥岩邊坡和深基坑的長期穩定性依賴於對地下水位的精確控製。本章探討瞭滲流作用如何誘發泥岩的浸潤軟化、滑移麵形成以及孔隙水壓力積纍。通過耦閤滲流-應力分析（FEA），模擬瞭在降雨或抽水條件下，泥岩體內部的應力重分布和潛在失穩模式。 第六章：深層隧道掘進的特殊響應 穿越厚層、高應力狀態下的泥岩，隧道圍岩的收斂和支護應力是設計重點。本書詳細剖析瞭泥岩的“應力鬆弛”效應，即圍岩在開挖後會經曆一個較長的應力鬆弛過程，從而導緻支護結構受力持續增加。針對性地介紹瞭超前支護技術、注漿加固技術在控製泥岩初期變形中的應用效果評估。 第三部分：泥岩的工程化改性技術 認識泥岩的缺陷後，工程的關鍵在於如何對其進行有效、可持續的改性，以提高其耐久性和承載能力。本書的改性部分強調“因地製宜，多措並舉”。 第七章：化學穩定化與固化技術 本章深入研究瞭通過化學手段提高泥岩抗水性和強度的技術。這包括： 1. 水泥基固化體係的優化： 針對泥岩中不同粘土礦物對水泥水化的影響，提齣瞭新型摻閤料（如粉煤灰、矽灰）的配比設計，以提高漿體的緻密性和長期強度。 2. 無機化學固化劑（如石灰、矽酸鹽）： 重點分析瞭石灰與泥岩中活性二氧化矽、氧化鋁的反應機理（類似火山灰反應），並給齣瞭不同類型泥岩的最佳固化劑量和養護條件。 3. 新型有機/無機復閤穩定劑： 探討瞭聚閤物（如丙烯酰胺基團）與無機材料的復閤應用，用於降低泥岩的滲透性和可壓縮性，尤其適用於地下水控製。 第八章：物理約束與結構重構 改性不隻是化學變化，也包括物理結構的優化。本章介紹瞭： 1. 應力場調控技術： 如何通過預應力錨固、襯砌設計等手段，主動控製圍岩應力場，使泥岩始終處於受壓狀態，從而抑製其失穩和蠕變。 2. 注漿加固與滲透阻隔： 詳細介紹瞭微細裂隙注漿、填充注漿的技術流程和漿液選擇，特彆是針對高壓、高滲透性泥岩的“封堵”策略。對注漿體與原泥岩的界麵粘結性能進行瞭力學評估。 3. 加筋復閤材料應用： 探討瞭縴維、土工格柵等材料在提高泥岩邊坡或地基的抗剪強度和整體性方麵的潛力。 第九章：環境可持續性與長期監測 現代工程改性必須考慮環境影響。本章評估瞭不同改性劑對地下水質的潛在影響（如pH值、離子析齣）。最後，強調瞭實施改性工程後的長期健康監測體係的重要性，包括使用光縴傳感、地電化學監測等技術，實時追蹤改性效果、應力變化和地下水動態，確保工程的長期安全性和服務壽命。 結語 《泥岩物性與改性》旨在為地質工程師、岩土專傢、油氣工程師和科研工作者提供一個深入、務實的研究平颱。通過對泥岩復雜行為的剖析，以及對前沿改性技術的整閤應用，本書力求將泥岩這一“令人頭疼”的工程介質，轉化為可控、可預測的工程基礎。本書的價值在於，它不僅僅描述瞭泥岩會發生什麼，更重要的是，它提供瞭如何主動地去影響和控製這些發生的可能性。

評分☆☆☆☆☆

我一直對那些在地下深處默默工作的材料很感興趣，《泥岩物性與改性》這個書名立刻勾起瞭我的好奇心。我腦海中勾勒齣一幅畫麵：本書仿佛是一本詳盡的“泥岩百科全書”，不僅僅是簡單地羅列泥岩的物理特性，而是要深入到其最微觀的層麵，去探究那些肉眼無法看見的細枝末節。我設想，書中會詳細介紹泥岩的顆粒組成，是哪些微小的礦物晶體構成瞭它，它們的大小、形狀、錶麵電荷又會有怎樣的差異？這些差異又如何影響著泥岩的整體錶現？然後，關於“改性”的部分，我充滿瞭遐想。這究竟是一種怎樣的過程？是通過改變泥岩的濕度，讓它變得更堅固？還是通過添加一些神奇的化學物質，來賦予它新的生命力？我設想，或許會介紹一些現代化的實驗技術，比如掃描電子顯微鏡下的精細觀察，或是各種光譜分析手段，來揭示泥岩內部的奧秘。我期待這本書能夠像一位經驗豐富的地質嚮導，帶領我一步步揭開泥岩那神秘的麵紗，讓我明白，這些看似普通的地下岩石，是如何通過科學的力量，煥發齣令人驚嘆的性能。

評分☆☆☆☆☆

我一直覺得，大自然中的許多事物都隱藏著不為人知的奧秘，《泥岩物性與改性》這個書名，恰恰點燃瞭我對泥岩這種常見卻又復雜的岩石的探索欲望。我腦海中描繪的，是一本從宏觀到微觀，層層深入的科學著作。首先，我期待它能詳細介紹泥岩的多樣性，不是所有泥岩都長一個樣子，它們在不同的地質環境下，會形成怎樣韆變萬化的物理特性？例如，它的顆粒大小分布、礦物成分、含水量等，這些看似細微的差異，又會對泥岩的力學行為、滲透性等産生怎樣的影響？而“改性”部分，則是我最為好奇的。這是否意味著我們可以“馴服”泥岩，讓它變得更加服帖，更加符閤我們的工程需求？我設想，書中可能會介紹一些先進的改性技術，或許是利用聚閤物來增強其強度，又或者是通過改變其孔隙結構來提高其阻水性能。這本書，在我看來，不隻是關於泥岩的知識，更是一種關於“人與自然”和諧共處的智慧，如何理解並利用自然賦予我們的寶貴資源。

評分☆☆☆☆☆

《泥岩物性與改性》這個書名，真的讓我産生瞭一種想要深入瞭解的衝動。我腦海中浮現的，不是枯燥的科學公式，而是一部關於“變廢為寶”的傳奇故事。泥岩，在很多人看來可能隻是土壤的一種，但這本書似乎暗示著它蘊藏著巨大的潛力。我設想，書中會從泥岩最基本的物理屬性入手，比如它的密度、硬度、壓縮性等等，但更讓我感興趣的是，它將如何闡述這些屬性是如何形成的，是哪些內在的因素決定瞭泥岩的“個性”。而“改性”這個詞，更是激發瞭我無限的想象。我猜測，這可能涉及到一係列的科學技術，比如通過加熱、加壓，或者摻入特定的添加劑，來改變泥岩的結構和性能。我設想，這些改性後的泥岩，或許能夠在建築領域扮演更重要的角色，例如作為高性能的填築材料，或者用於加固不穩定的地基。這本書，在我看來，更像是一份關於如何“點石成金”的寶典，它不僅揭示瞭泥岩的潛能，更提供瞭實現這些潛能的方法，讓我對接下來的內容充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名著實吸引瞭我，《泥岩物性與改性》。作為一名對地質材料和工程應用充滿好奇心的普通讀者，我立刻聯想到那些在地底深處默默承載著巨大壓力的岩石，以及它們如何能夠通過某種神奇的“改性”手段，變得更加穩定、可靠，甚至煥發新生。我設想，這本書或許會帶領我穿越時空，從泥岩最原始的狀態開始，細緻地剖析它那復雜的內部結構，像是那些微小的顆粒是如何堆積、相互作用，從而賦予瞭泥岩獨特的“性格”——是它的孔隙度、滲透性，還是它的粘土礦物成分，共同譜寫瞭泥岩的物理篇章。接著，我期待書中能深入探討“改性”這個概念，它可能涉及到改變泥岩的化學組成，注入某種特殊的物質，或者通過物理手段來重塑其微觀結構。我設想，這些改性技術或許能夠大大提升泥岩的承載能力，改善其防水性，甚至使其在建築、隧道施工、地下工程等領域發揮更重要的作用。我腦海中浮現齣工程師們如何巧妙地運用這些知識，解決工程難題的場景，仿佛置身於一個充滿智慧與創新的知識殿堂。總而言之，這本書的書名讓我産生瞭一種強烈的探索欲，我迫切地想知道，那些看似平凡的泥岩，是如何通過科學的研究，變得如此“神通廣大”的。

評分☆☆☆☆☆

《泥岩物性與改性》這個書名，聽起來就有一種沉甸甸的科學分量，讓我聯想到那些在地質勘探和工程建設中至關重要的地下信息。我設想，這本書會像一位經驗豐富的地質學傢，帶領我走進泥岩的世界，從最基礎的物理性質講起。它會如何剖析泥岩的構成？是那些細小的粘土顆粒，是如何像樂高積木一樣堆疊起來，形成復雜的內部結構？而這些結構，又如何影響著泥岩的壓縮性、膨脹性，以及它在不同應力下的錶現？我更感興趣的是“改性”這一部分。在我看來，這不僅僅是簡單的物理處理，更是一種“化腐朽為神奇”的科學藝術。書中會介紹哪些創新的改性方法？是化學的手段，還是物理的調整？它們又是如何作用於泥岩，使其性能得到質的飛躍？我設想，這本書或許會提供一些實際的案例，展示這些改性技術在解決實際工程問題中的應用，比如在軟土路基的加固，或是地下空間的穩定。總而言之，這本書對我來說，就像是打開瞭一扇通往地下世界的大門，讓我對泥岩有瞭更深刻、更全麵的認識，也看到瞭人類如何通過智慧去改造和利用自然。