CN115112550A - 基于水溶液侵蚀环境下炭质岩石耐久性的无损评价方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于水溶液侵蚀环境下炭质岩石耐久性的无损评价方法，用于解决炭质岩石基础、边坡在降雨和地下水位抬升等条件下，水溶液侵蚀对构筑物耐久性影响的无损评价问题。本申请方法包括：以新鲜的炭质岩石为母样并对所述母样进行矿物成分定量分析，计算所述矿物成分中的黏土矿物含量；测试所述母样在水溶液侵蚀前以及不同侵蚀时间下的熟化耐久性指标和电阻率值；基于最小二乘拟合原理，获得相同侵蚀时间下熟化耐久性指标降低量和电阻率值降低量的线性统计关系；建立熟化耐久性指标降低量与电阻率值降低量线性关系的变化速率与黏土矿物含量的相关关系，建立水溶液侵蚀环境下的炭质岩石熟化耐久性与电阻率的相关关系，实现无损评价。
Description
技术领域
本申请涉及岩土材料领域，尤其涉及基于水溶液侵蚀环境下炭质岩石耐久性的无损评价方法。
背景技术
我国西南地区广泛分布有炭质岩石，在各类基础工程建设中经常遇到。这类岩石在干燥状态下，工程性质稳定、力学性能优良，但在水分侵入条件下，会表现出一系列不良特性：如遇水软化、崩解，水侵后高温受热发生裂解，耐久性较差，进而导致地基失稳、边坡滑坡、路面变形等一系列工程事故和地质灾害，造成重大经济损失和人员伤亡等事故。
自然环境下的水溶液中常含有多种化学物质，导致水体具有不同的酸碱度。岩石中的各类矿物组分在不同酸碱度水溶液的侵蚀下，其发生物理-化学反应的规模和速率各不相同。因此，炭质岩石在不良外部条件的作用下，特别是复杂水溶液侵蚀时，其耐久性的劣化规律和评价手段已引起工程设计者和研究人员的密切关注。
现有技术中，熟化耐久性指标Id2值的确定常采用国际岩石力学协会1974年提出的标准测试方法进行，该方法需要将岩石试样进行浸水、旋转冲击等过程，试样在试验结束后会发生不同程度的破碎、崩解。该试验方法属于有损、破坏式测试方法，且具有试验周期长、成本高，实验仪器笨重等局限性。传统熟化耐久性的测试方法，所用浸泡溶液为水溶液，未考虑到自然环境中酸性、碱性和盐溶液等其他类型水溶液对岩石耐久性的影响，难以全面评价软弱岩石在复杂水溶液侵蚀下耐久性的劣化规律。因此，亟需发明一种快速、高效、简单易行的无损评价方法，定量评价炭质岩石在不同酸碱度水溶液侵蚀环境下熟化耐久性的演化规律。这对于炭质岩石类基础、边坡、隧道等构筑物的稳定性评价和失稳预警均具有重要意义。
发明内容
本申请提供了基于水溶液侵蚀环境下炭质岩石耐久性的无损评价方法，用于解决炭质岩石基础、边坡在降雨和地下水位抬升等条件下，水溶液侵蚀对构筑物耐久性影响的无损评价问题。
本申请提供了一种基于水溶液侵蚀环境下炭质岩石耐久性的无损评价方法，包括：
以新鲜的炭质岩石为母样并对所述母样进行矿物成分定量分析，计算所述矿物成分中的黏土矿物含量；
测试所述母样在水溶液侵蚀前以及不同侵蚀时间下的熟化耐久性指标和电阻率值；
根据所述不同侵蚀时间下的炭质岩石的熟化耐久性指标与电阻率值，计算不同侵蚀时间下炭质岩石熟化耐久性指标相对未侵蚀熟化耐久性指标的耐久性指标降低量，以及不同侵蚀时间下炭质岩石电阻率值相对未侵蚀电阻率值的电阻率值降低量；
基于最小二乘法拟合所述耐久性指标降低量和所述电阻率值降低量的目标直线方程，获得相同侵蚀时间下所述耐久性指标降低量和所述电阻率值降低量的线性关系；
基于最小二乘法拟合所述目标直线方程的斜率与所述黏土矿物含量的目标曲线方程，建立水溶液侵蚀环境下的炭质岩石熟化耐久性与电阻率的相关关系，并根据所述炭质岩石熟化耐久性与电阻率的相关关系进行炭质岩石耐久性的无损评价。
可选的，所述测试所述母样在水溶液侵蚀前以及不同侵蚀时间下的熟化耐久性指标和电阻率值包括：
对所述母样进行制样得到若干耐久性测试试样和电阻率测试试样；
对所述耐久性测试试样进行熟化耐久性试验以获得未侵蚀的炭质岩石熟化耐久性指标，对所述电阻率测试试样进行电阻率测试以获得未侵蚀的炭质岩石电阻率值；
将所述耐久性测试试样依次分别置于装有侵蚀水溶液的水箱中，并将所述电阻率测试试样分别平躺放置于所述水箱中；
每达到设定的侵蚀时间时，从对应的水箱中取出所述耐久性测试试样再次进行熟化耐久性测试以获得不同侵蚀时间下的炭质岩石熟化耐久性指标，并取出所述电阻率测试试样进行电阻率测试以获得不同侵蚀时间下炭质岩石的电阻率值，测试完成后将所述电阻率测试试样重新放回对应的水箱中；
当所有设定的侵蚀时间对应的熟化耐久性测试及电阻率测试完成后，得到所述母样在水溶液侵蚀前以及不同侵蚀时间下的熟化耐久性指标和电阻率值。
可选的，每一个所述耐久性测试试样由10个炭质岩石小块体组成，每个所述炭质岩石小块体的质量为40～50g。
可选的，所述电阻率测试试样的形状为圆柱形，每一个所述电阻率测试试样的高度为10cm，直径为5cm。
可选的，所述侵蚀水溶液包括酸性、碱性和中性侵蚀水溶液，所述酸性侵蚀水溶液的ph值为3～5，所述碱性侵蚀水溶液的的ph值为8～10，所述中性侵蚀水溶液的ph值为6.5～7.5。
可选的，在进行所述电阻率测试前，从侵蚀液中取出所述圆柱形试样时使用吸水纸巾拭去所述圆柱形试样表面的多余水分；
在进行所述电阻率测试时，每次电阻率测试重复进行三次。
可选的，所述侵蚀时间的最大值为在保证所述耐久性测试试样和所述电阻率测试试样完整性前提下的最大侵蚀时间。
可选的，所述水箱的长度、宽度和高度均大于或等于50cm，在将所述耐久性测试试样依次分别置于装有侵蚀水溶液的水箱中，并将所述电阻率测试试样分别平躺放置于所述水箱中后，所述水箱中的液面高度不低于所述耐久性测试试样顶面以上10cm，不低于所述电阻率测试试样顶面以上20cm。
可选的，所述炭质岩石包括：炭质泥岩、炭质页岩、炭质灰岩。
可选的，所述黏土矿物含量为高岭石、蒙脱石和伊利石的质量百分比总和。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
1、本发明中炭质岩石的熟化耐久性指标、电阻率值和其矿物组分密切相关，通过本发明提供的无损评价方法，只需测定目标炭质岩石的矿物组分及其含量，以及水溶液侵蚀环境下的电阻率值，就能够计算得到炭质岩石的熟化耐久性指标，无需进行传统的熟化耐久性测试试验，实现无损评价。
2、本发明是基于电阻率技术的无损评价方法，该评价方法可采用的电阻率测试设备众多、操作简单快捷、测试结果精确度高、对测试试样无损伤，具有良好的社会经济效益和巨大的工程应用前景。
3、本发明可精确评价多种类型酸碱度溶液对炭质岩石耐久性的影响规律，全面考虑复杂自然环境与炭质岩石间的相互作用，更真实反映水侵蚀对炭质岩石工程性质的负面影响。
4、本发明在对炭质岩石类相关构筑物进行稳定性评价的同时，还能进行预测，失稳预警。
5、本发明使用电阻率测试仪器即可实现无损评价，成本低，具有良好的社会效益和经济效益。且测试设备对环境无任何危害、可现场安装操作简单、测试结果精确度高、节约监测成本、符合可持续发展的理念，具有广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本申请中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的基于水溶液侵蚀环境下炭质岩石耐久性的无损评价方法一个实施例流程示意图；
图2为本申请提供的无损评价方法中测定的三种炭质岩石黏土矿物含量示意图；
图3为本申请提供的无损评价方法中测定的三种炭质岩石熟化耐久性指标Id2随侵蚀时间的变化示意图；
图4为本申请提供的无损评价方法中测定的三种炭质岩石电阻率值ρ随侵蚀时间的变化示意图；
图5为本申请提供的无损评价方法中计算的三种炭质岩石熟化耐久性指标降低量ΔId2与电阻率值降低量Δρ的相关关系示意图；
图6为本申请提供的无损评价方法中计算的斜率b与黏土矿物含量wc的相关关系示意图；
图7为本申请提供的无损评价方法中计算的熟化耐久性指标预测值Id2-P与实测值Id2-M比较示意图。
具体实施方式
本申请提供了基于水溶液侵蚀环境下炭质岩石耐久性的无损评价方法，用于解决炭质岩石基础、边坡在降雨和地下水位抬升等条件下，水溶液侵蚀对构筑物耐久性影响的无损评价问题。
请参阅图1，图1为本申请提供的基于水溶液侵蚀环境下炭质岩石耐久性的无损评价方法的一个实施例，该无损评价方法包括：
101、以新鲜的炭质岩石为母样并对母样进行矿物成分定量分析，计算矿物成分中的黏土矿物含量；
具体的，选取质量较大的新鲜炭质岩石母样，母样质量应满足多个测试试样的制备，宜优选为6kg～7kg。然后从该母样中选取5g左右试样进行研磨、过筛，然后对母样中的矿物成分进行定量分析，计算母样中黏土矿物含量wc，即黏土矿物的质量百分比。
需要说明的是，本实施例中的炭质岩石包括炭质泥岩、炭质页岩、炭质灰岩以及其它工程性质相近的软弱岩石，具体此处不做限定。该黏土矿物是指高岭石、蒙脱石和伊利石，黏土矿物含量wc是指高岭石、蒙脱石和伊利石的质量百分比总和。
102、测试母样在水溶液侵蚀前以及不同侵蚀时间下的熟化耐久性指标和电阻率值；
从母样制备若干测试试样，首先对未侵蚀的测试试样分别进行熟化耐久性试验以及电阻率测试，获得未侵蚀的炭质岩石熟化耐久性指标Id2-0与未侵蚀的炭质岩石电阻率值ρ0，然后测试母样在水溶液侵蚀后不同侵蚀时间下的熟化耐久性指标Id2-i和电阻率值ρi，i为侵蚀时间。
以下对测试过程进行详细说明：
需要说明的是，本申请中的熟化耐久性试验的试验方法按照美国材料与测试协会的规范(ASTM D4464-16)进行，本申请中的电阻率测试可按照美国材料与测试协会的规范(ASTM G187)进行。
1)对母样进行制样得到若干耐久性测试试样和电阻率测试试样；
选择一块质量较大的新鲜炭质岩石母样，对其进行制样工序：对于耐久性测试试样，每个试样由10个炭质岩石小块体组成；对于电阻率测试试样，几何外形为圆柱形。
质量较大的新鲜炭质岩石母样，其质量应满足耐久性测试试样和电阻率测试试样的制备，宜优选为6kg～7kg，耐久性测试试样由10个炭质岩石小块体组成，每个小块体的质量优选为40～50g，电阻率测试试样优选高度为1cm，直径为5cm。
2)对耐久性测试试样进行熟化耐久性试验以获得未侵蚀的炭质岩石熟化耐久性指标，对电阻率测试试样进行电阻率测试以获得未侵蚀的炭质岩石电阻率值；
取1个耐久性测试试样进行熟化耐久性试验，测试结束后，获得未侵蚀的炭质岩石熟化耐久性指标Id2-0；
取1个电阻率测试试样进行电阻率测试，测试方法采用两电极法进行，测试结束后，获得未侵蚀的炭质岩石电阻率值ρ0。
3)将耐久性测试试样依次分别置于装有侵蚀水溶液的水箱中，并将电阻率测试试样分别平躺放置于水箱中；
首先配备配备用于模拟不同侵蚀环境的水溶液，侵蚀水溶液的pH值可配制为酸性、碱性和中性3种，其中酸性侵蚀水溶液可用HCl溶液，pH值控制在3～5之间；碱性侵蚀水溶液可用NaOH溶液，pH值控制在8～10之间；中性侵蚀水溶液可用自来水/蒸馏水，pH值控制在6.5～7.5之间。然后准备钢化玻璃水箱，并依次编号，每个水箱的长度、宽度和高度均不得小于50cm。再将配备好足量的侵蚀水溶液分别倒入准备好的钢化玻璃水箱中。
上述准备完成后，将制备的耐久性测试试样依次分别置于装有侵蚀水溶液的水箱中，要求每个水箱中的液面高度不得低于试样顶面以上10cm。再将步骤3)中测试结束后的电阻率测试试样置于装有侵蚀水溶液水箱中，要求圆柱形试样平躺放置于水箱底部且没有明显滚动位移现象，同时水箱中的液面高度不得低于试样顶面以上20cm。
4)每达到设定的侵蚀时间时，从对应的水箱中取出耐久性测试试样再次进行熟化耐久性测试以获得不同侵蚀时间下的炭质岩石熟化耐久性指标，并取出电阻率测试试样进行电阻率测试以获得不同侵蚀时间下炭质岩石的电阻率值，测试完成后将电阻率测试试样重新放回对应的水箱中；
设置侵蚀水溶液的侵蚀时间，每达到设定的侵蚀时间后，从对应编号的水箱中取出耐久性测试试样，进行熟化耐久性测试，测试方法与步骤(2)中相同，获得不同侵蚀时间下炭质岩石的熟化耐久性指标Id2-i，i为侵蚀时间；
同时，将达到相同浸泡时间的电阻率测试试样，从水箱中取出并进行电阻率测试，获得不同侵蚀时间下炭质岩石的电阻率值ρi，电阻率测试完成后，将圆柱形试样重新放回原编号水箱中，准备下一个侵蚀时间下的电阻率值测试。
需要说明的是，在进行上述电阻率测试时，在测试开始前，从侵蚀液中取出的电阻率测试试样应当使用吸水纸巾拭去表面多余水分，避免影响测试结果精度，并且每次电阻率值测试应重复进行三次，结果差异不得大于10％。在设置侵蚀水溶液的侵蚀时间时，其最大值应保证耐久性和电阻率测试试样的完整性，不得出现肉眼可见的崩解、断裂。
5)当所有设定的侵蚀时间对应的熟化耐久性测试及电阻率测试完成后，得到母样在水溶液侵蚀前以及不同侵蚀时间下的熟化耐久性指标和电阻率值。
重复步骤4)直至所有设定的侵蚀时间完成，得到母样(炭质岩石)在水溶液侵蚀前以及不同侵蚀时间下的熟化耐久性指标和电阻率值。
103、根据不同侵蚀时间下的炭质岩石的熟化耐久性指标与电阻率值，计算不同侵蚀时间下炭质岩石熟化耐久性指标相对未侵蚀熟化耐久性指标的耐久性指标降低量，以及不同侵蚀时间下炭质岩石电阻率值相对未侵蚀电阻率值的电阻率值降低量；
如图3及图4所示，分别绘制熟化耐久性指标Id2-i和电阻率值ρi随侵蚀时间的变化曲线图。并计算不同侵蚀时间下炭质岩石熟化耐久性指标Id2-i相对未侵蚀熟化耐久性指标Id2-0的降低量ΔId2-i，以及不同侵蚀时间下炭质岩石电阻率值ρi相对未侵蚀电阻率值ρ0的降低量Δρi。
104、基于最小二乘法拟合耐久性指标降低量和电阻率值降低量的目标直线方程，获得相同侵蚀时间下耐久性指标降低量和电阻率值降低量的线性关系；
如图5所示，绘制相同侵蚀时间下熟化耐久性指标降低量ΔId2-i与电阻率值降低量Δρi的关系曲线，并采用最小二乘直线拟合方法，确定ΔId2-i与Δρi的拟合直线数学方程，即目标直线方程。
105、基于最小二乘法拟合目标直线方程的斜率与黏土矿物含量的目标曲线方程，建立水溶液侵蚀环境下的炭质岩石熟化耐久性与电阻率的相关关系，并根据炭质岩石熟化耐久性与电阻率的相关关系进行炭质岩石耐久性的无损评价。
如图6所示，绘制拟合直线(目标直线方程)ΔId2-i-Δρi的斜率b与黏土矿物含量wc的关系曲线，采用最小二乘拟合方法，确定b与wc的拟合曲线数学方程，即目标曲线方程，该目标曲线方程如图6所示，采用双对数坐标系。最终建立不同水溶液侵蚀环境下炭质岩石熟化耐久性与电阻率的相关关系，具体推导过程如下：
ΔId2＝b·Δρ (1)；
其中，式(1)对应步骤105中的目标曲线方程式；
式(2)对应步骤105中的目标曲线方程，式(2)中α和γ为无量纲拟合参数；
将式(2)代入式(1)中，得到：
将式(3)展开，得到：
通过计算α和γ的具体数值，代回式(4)即得到对应水溶液侵蚀环境下炭质岩石熟化耐久性与电阻率的相关关系。在实际应用中，只需要测定目标炭质岩石的矿物组分及其含量，以及水溶液侵蚀环境下的电阻率值，就能够通过对应的水溶液侵蚀环境下炭质岩石熟化耐久性与电阻率的相关关系计算得到炭质岩石的熟化耐久性指标，实现炭质岩石耐久性的无损评价。
在本实施例中，炭质岩石的熟化耐久性指标、电阻率值和其矿物组分密切相关，通过本实施例提供的无损评价方法，只需测定目标炭质岩石的矿物组分及其含量，以及水溶液侵蚀环境下的电阻率值，就能够计算得到炭质岩石的熟化耐久性指标，无需进行传统的熟化耐久性测试试验，实现无损评价。
通过本实施例提供的无损评价方法，采用基于电阻率技术的无损评价方法，该评价方法可采用的电阻率测试设备众多、操作简单快捷、测试结果精确度高、对测试试样无损伤，具有良好的社会经济效益和巨大的工程应用前景。
通过本实施例提供的无损评价方法，可精确评价多种类型酸碱度溶液对炭质岩石耐久性的影响规律，全面考虑复杂自然环境与炭质岩石间的相互作用，更真实反映水侵蚀对炭质岩石工程性质的负面影响。
通过本实施例提供的无损评价方法，在对炭质岩石类相关构筑物进行稳定性评价的同时，还能进行预测，失稳预警。
通过本实施例提供的无损评价方法，使用电阻率测试仪器即可实现无损评价，成本低，具有良好的社会效益和经济效益。且测试设备对环境无任何危害、可现场安装操作简单、测试结果精确度高、节约监测成本、符合可持续发展的理念，具有广阔的应用前景。
请参阅图2至图6，以下将结合一应用实例对本申请提供的基于水溶液侵蚀环境下炭质岩石耐久性的无损评价方法进行进一步说明。
进行试验前选取炭质岩石1为炭质灰岩、炭质岩石2为炭质页岩、炭质岩石3为炭质泥岩；侵蚀水溶液为中性：自来水；侵蚀时间分别为2天、4天、8天、12天、16天和30天；新鲜炭质岩石1、2、3的母样质量在6.5kg～7kg范围。
步骤1：以新鲜的炭质岩石1、2、3为母样，分别取5g左右试样进行研磨、过筛，然后矿物成分定量分析，获取炭质岩石1、2、3母样中黏土矿物的质量百分比wc，测定出的黏土矿物含量如图2所示；
步骤2：选择3个新鲜炭质岩石1母样，对其进行制样工序；
对于耐久性测试试样，每个试样由10个炭质岩石小块体组成，每个小块体的质量优选为40～50g，共计7×3＝21个；
对于电阻率测试试样，几何外形为圆柱形，高度为10cm，直径为5cm，共计1×3＝3个；对炭质岩石2和3重复上述制样过程；
步骤3：取3个炭质岩石1的耐久性测试试样进行熟化耐久性试验，试验方法按照美国材料与测试协会的规范(ASTM D4464-16)进行，测试结束后，获得未侵蚀的炭质岩石熟化耐久性指标Id2-0-1-1、Id2-0-1-2和Id2-0-1-3；对炭质岩石2和3试样重复上述熟化耐久性测试过程，分别获得耐久性指标Id2-0-2-1、Id2-0-2-2、Id2-0-2-3和Id2-0-3-1、Id2-0-3-2、Id2-0-3-3；
步骤4：对3个炭质岩石1的电阻率测试试样进行电阻率测试，测试方法采用两电极法，试验方法按照美国材料与测试协会的规范(ASTM G187)进行，测试结束后，获得未侵蚀的炭质岩石电阻率值ρ0-1-1；对炭质岩石2和3圆柱形试样重复上述电阻率测试过程，分别获得电阻率值ρ0-2-1和ρ0-3-1；
步骤5：配备用于模拟侵蚀环境的水溶液，自来水制备的中性侵蚀水溶液，pH值为6.7；
步骤6：准备63个钢化玻璃水箱，并依次编号1，2，3，……63，每个水箱的长度、宽度和高度均为50cm。
步骤7：将步骤5中配备好足量的侵蚀水溶液分别倒入钢化玻璃水箱中，然后将剩余的54个耐久性测试试样依次分别置于装有侵蚀水溶液的水箱中，每个水箱中的液面高度位于试样顶面15cm以上。
步骤8：将步骤4中测试结束后9个电阻率测试试样分别置于装有步骤5中配置侵蚀水溶液的水箱中，每个圆柱形试样均平躺放置于水箱底部且没有明显滚动位移现象，水箱中的液面高度位于试样顶面40cm以上；
步骤9：设置侵蚀水溶液的侵蚀时间为2天、4天、8天、12天、16天和30天，达到设定的侵蚀时间后，从对应编号的水箱中取出耐久性测试试样，进行熟化耐久性测试，测试方法与步骤3中相同，获得不同侵蚀时间下炭质岩石1、2、3的熟化耐久性指标Id2-i-1-j、Id2-i-2-j和Id2-i-3-j，i为侵蚀时间，j为同类炭质岩石的母样个数，本实施例的j＝3；
步骤10：将达到步骤9中相同浸泡时间的电阻率测试试样，从水箱中取出并进行电阻率测试，测试方法与步骤4中相同，获得不同侵蚀时间下炭质岩石1、2、3的电阻率值ρi-1-j、ρi-2-j和ρi-3-j；电阻率测试完成后，将圆柱形试样重新放回原编号水箱中，准备下一个侵蚀时间下的电阻率值测试；
步骤11：重复步骤9和10，直至30天侵蚀时间完成；
分别绘制熟化耐久性指标Id2-i和电阻率值ρi随侵蚀时间的变化曲线图，熟化耐久性指标Id2-i随侵蚀时间的变化曲线图如图3，电阻率值ρi随侵蚀时间的变化曲线图如图4所示，计算不同侵蚀时间下炭质岩石熟化耐久性指标Id2-i相对未侵蚀熟化耐久性指标Id2-0的降低量ΔId2-i，以及不同侵蚀时间下炭质岩石电阻率值ρi相对未侵蚀电阻率值ρ0的降低量Δρi；
步骤12：绘制相同侵蚀时间下熟化耐久性指标降低量ΔId2-i与电阻率值降低量Δρi的关系曲线，采用最小二乘直线拟合方法，确定ΔId2-i与Δρi的拟合直线数学方程，该ΔId2-i与Δρi的拟合直线数学方程如图5所示；
步骤13：绘制拟合直线ΔId2-i-Δρi的斜率b与黏土矿物含量wc的关系曲线，采用最小二乘拟合方法，确定b与wc的拟合曲线数学方程，该拟合曲线如图6所示，采用双对数坐标系，最终建立水溶液侵蚀环境下炭质岩石熟化耐久性与电阻率的相关关系。
具体推导过程如下：
ΔId2＝b·Δρ (1)；
式(2)中α和γ为无量纲拟合参数；
将式(2)代入式(1)中，得到：
将式(3)展开，得到：
本次应用实例的α＝9.182×10-4，γ＝1.261。
请参阅图7，图7为本实施例中炭质岩石1、2、3的熟化耐久性指标预测值Id2-P与熟化耐久性指标实测值Id2-M的比较。图7中可以看出：熟化耐久性指标预测值Id2-P与实测值Id2-M较为接近，误差值控制在25％之内，完全能够满足土木工程、岩土工程中的设计、监测和风险预报要求。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请，对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种基于水溶液侵蚀环境下炭质岩石耐久性的无损评价方法，其特征在于，所述无损评价方法包括：
以新鲜的炭质岩石为母样并对所述母样进行矿物成分定量分析，计算所述矿物成分中的黏土矿物含量；
测试所述母样在水溶液侵蚀前以及不同侵蚀时间下的熟化耐久性指标和电阻率值；
根据所述不同侵蚀时间下的炭质岩石的熟化耐久性指标与电阻率值，计算不同侵蚀时间下炭质岩石熟化耐久性指标相对未侵蚀熟化耐久性指标的耐久性指标降低量，以及不同侵蚀时间下炭质岩石电阻率值相对未侵蚀电阻率值的电阻率值降低量；
基于最小二乘法拟合所述耐久性指标降低量和所述电阻率值降低量的目标直线方程，获得相同侵蚀时间下所述耐久性指标降低量和所述电阻率值降低量的线性关系；
基于最小二乘法拟合所述目标直线方程的斜率与所述黏土矿物含量的目标曲线方程，建立水溶液侵蚀环境下的炭质岩石熟化耐久性与电阻率的相关关系，并根据所述炭质岩石熟化耐久性与电阻率的相关关系进行炭质岩石耐久性的无损评价。
2.根据权利要求1所述的无损评价方法，其特征在于，所述测试所述母样在水溶液侵蚀前以及不同侵蚀时间下的熟化耐久性指标和电阻率值包括：
对所述母样进行制样得到若干耐久性测试试样和电阻率测试试样；
对所述耐久性测试试样进行熟化耐久性试验以获得未侵蚀的炭质岩石熟化耐久性指标，对所述电阻率测试试样进行电阻率测试以获得未侵蚀的炭质岩石电阻率值；
将所述耐久性测试试样依次分别置于装有侵蚀水溶液的水箱中，并将所述电阻率测试试样分别平躺放置于所述水箱中；
每达到设定的侵蚀时间时，从对应的水箱中取出所述耐久性测试试样再次进行熟化耐久性测试以获得不同侵蚀时间下的炭质岩石熟化耐久性指标，并取出所述电阻率测试试样进行电阻率测试以获得不同侵蚀时间下炭质岩石的电阻率值，测试完成后将所述电阻率测试试样重新放回对应的水箱中；
当所有设定的侵蚀时间对应的熟化耐久性测试及电阻率测试完成后，得到所述母样在水溶液侵蚀前以及不同侵蚀时间下的熟化耐久性指标和电阻率值。
3.根据权利要求2所述的无损评价方法，其特征在于，每一个所述耐久性测试试样由10个炭质岩石小块体组成，每个所述炭质岩石小块体的质量为40～50g。
4.根据权利要求2所述的无损评价方法，其特征在于，所述电阻率测试试样的形状为圆柱形，每一个所述电阻率测试试样的高度为10cm，直径为5cm。
5.根据权利要求2所述的无损评价方法，其特征在于，所述侵蚀水溶液包括酸性、碱性和中性侵蚀水溶液，所述酸性侵蚀水溶液的ph值为3～5，所述碱性侵蚀水溶液的的ph值为8～10，所述中性侵蚀水溶液的ph值为6.5～7.5。
6.根据权利要求2所述的无损评价方法，其特征在于，在进行所述电阻率测试前，从侵蚀液中取出所述圆柱形试样时使用吸水纸巾拭去所述圆柱形试样表面的多余水分；
在进行所述电阻率测试时，每次电阻率测试重复进行三次。
7.根据权利要求2所述的无损评价方法，其特征在于，所述侵蚀时间的最大值为在保证所述耐久性测试试样和所述电阻率测试试样完整性前提下的最大侵蚀时间。
8.根据权利要求2所述的无损评价方法，其特征在于，所述水箱的长度、宽度和高度均大于或等于50cm，在将所述耐久性测试试样依次分别置于装有侵蚀水溶液的水箱中，并将所述电阻率测试试样分别平躺放置于所述水箱中后，所述水箱中的液面高度不低于所述耐久性测试试样顶面以上10cm，不低于所述电阻率测试试样顶面以上20cm。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的无损评价方法，其特征在于，所述炭质岩石包括：炭质泥岩、炭质页岩、炭质灰岩。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的无损评价方法，其特征在于，所述黏土矿物含量为高岭石、蒙脱石和伊利石的质量百分比总和。
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| CN117420177A (zh) * | 2023-12-14 | 2024-01-19 | 山东黄河顺成水利水电工程有限公司 | 一种土石堤防结构的水侵蚀状态监测方法、设备及介质 |
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| CN101813604A (zh) * | 2010-04-23 | 2010-08-25 | 同济大学 | 一种抗水压注浆岩体耐久性试验装置 |
| CN112147182A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-29 | 广西北投交通养护科技集团有限公司 | 基于多孔介质传热指标确定碳质岩石崩解特性的方法 |
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|---|
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| CN117420177B (zh) * | 2023-12-14 | 2024-03-05 | 山东黄河顺成水利水电工程有限公司 | 一种土石堤防结构的水侵蚀状态监测方法、设备及介质 |
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