砒砂岩抗蚀性力学机理研究_李晓丽著_9787517068204

　　《砒砂岩抗蚀性力学机理研究》针对内蒙古鄂尔多斯丘陵区准格尔旗砒砂岩侵蚀特点，从砒砂岩机械组成、元素和化学物质构成等物化性质出发，结合准格尔旗降水、温度变化等气象条件，对原状砒砂岩、重塑砒砂岩抗剪强度、无侧限抗压强度、残余强度等基本力学指标、砒砂岩反复冻融前后的表观特征、微观结构和微孔隙的变化规律进行分析研究，初步建立了砒砂岩无侧限抗压强度、砒砂岩剪胀规律模型、基于邓肯一张模型的砒砂岩重塑土本构模型等，并对其可行性和精确性进行验证。

　　鄂尔多斯丘陵区地面沟壑密集，沟道比降大、地貌破碎、植被稀疏，加之表层10～14cm的土壤主要为白垩、侏罗系砂岩、沙砾岩风化物，下层为弱透水层（或不透水层）的砾岩，这种土壤遇水如泥、遇风成砂，风蚀与水蚀非常严重，群众深受其水土流失危害，视其危害毒如砒霜，故称其为“砒砂岩”。这种土壤表层结构松散，胶结力差，易被水侵蚀，又当地降雨时空分布极不均匀，暴雨集中，且其强度大，年降水量在300～400mm，5-9月降水量就占年降水量的87%～95%；多年平均土壤侵蚀模数高达30000t/kmz，粒径大于0.05mm的粗沙占80%，平均每年向黄河输送泥沙高达1亿t以上，约占黄河上游地区年入黄河泥沙总量的1/16，粗沙量占人河粗沙总量的1/5，是黄河下游河床淤积抬高酿成洪水灾害的主要发源地之一。
　　鄂尔多斯高原水土流失严重，破坏了本已十分脆弱的生态环境平衡，导致整个地区生态环境日趋恶化，同时鄂尔多斯地区又是中国黄河流域煤炭能源基地的核心区，西部地区又分布着丰富的铅、锌、钙等矿产资源，随着煤炭、矿产资源的开发，加速该区域水土流失，引发严重的环境生态问题，直接制约了该地区的持续发展。但由于砒砂岩成岩度低、地质条件恶劣、结构强度极低、水土流失极其严重，使其治理难度极大。“金山银山就是绿水青山”，砒砂岩区的生态环境改善问题是该地区的重大生态挑战。多年来，砒砂岩的基础研究工作一直在持续深入，并取得了很大成绩，从砒砂岩区侵蚀机理到生态治理、工程治理等，都对该地区的生态保护和环境恢复起到了至关重要的作用。
　　本书在已有研究成果的基础上，针对鄂尔多斯准格尔旗砒砂岩严重侵蚀区，从研究砒砂岩结构组成和物理化学性能人手，结合土力学、岩土力学、岩石力学、土壤冻融侵蚀模型等，通过试验和理论分析相结合的方法，探讨砒砂岩侵蚀的特点和主要影响因素的关系，寻找各影响因子的权重，构建原状砒砂岩、重塑砒砂岩本构关系模型，为实现砒砂岩区水土侵蚀合理防治和砒砂岩在工程建筑中的合理利用提供一定的理论依据。
　　本书针对砒砂岩冻融一风复合侵蚀的特点，从砒砂岩分布区自然含水量、砒砂岩种类、相对密度、机械组成等物理性质人手，通过对地区季节温度、昼夜温度、降雨、大风等气候因素变化特点的分析，以自然因素影响下的砒砂岩土体为研究对象，针对不同频率、不同冻融次数、不同极端温度下的冻融循环作用，试验研究砒砂岩原状土体及相同干密度控制下重塑土体的组构、级配、含水量、黏聚力、内摩擦角等土性指标的相应特征；通过电镜扫描、超景深显微镜、动态图像颗粒分析仪、压汞仪等对砒砂岩冻融前后和反复冻融后颗粒的排列、粒子尺度分布孔隙等微观结构进行观测。探究了砒砂岩反复冻融作用下的抗剪强度、抗压强度等力学性能的变化规律；得到了冻融作用下土体的内应力——黏聚力、抗剪强度变化规律；建立了砒砂岩在反复剪切作用下的剪胀规律；得到了砒砂岩冻胀和融沉的起始含水率以及冻胀和融沉的规律；建立了砒砂岩邓肯一张本构模型；并对微观结构进行了定量的分析，提供了砒砂岩冻融结构变化的直观佐证。
　　本书的研究得到了国家级基金（项目编号：41261070）的资助。本书的研究成果在国家核心期刊发表论文11篇，其中EI（工程索引）收录3篇。
　　参加本书所涉及内容的项目研究人员有内蒙古农业大学李晓丽、解卫东、白英、于际伟、刘李杰、翟涛、张强、李明玉、陈溯航、常平、邬尚赟、郭雒敏和张赢。
　　作者在研究的过程中，得到了内蒙古农业大学申向东教授、贺兵、郝中保、郑永鹏等老师的指导和试验支持，在此深表谢意。
　　作者真诚期待读到本书的同行、同学们对书中的不足批评指正，以便在今后的研究中弥补不足，不断进步！再次表示感谢！

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