探讨重金属污染物侵入对岩石力学性能影响

崔 巍 王 静 王 瑾

（西安科技大学高新学院 710109）

探讨重金属污染物侵入对岩石力学性能影响

崔 巍 王 静 王 瑾

（西安科技大学高新学院 710109）

通过相关实验对重金属污染物侵入对岩石力学性能的影响进行分析，并根据实验所得的结果来绘制关于重金属含量与岩石抗压强度两者关系的曲线图，而重金属含量与岩石抗压强度之间的相关关系通过线性回归分析法来进行研究。结果发现，重金属污染对岩石力学强度产生一定的影响，与重金属污染物含量呈反比关系，即重金属含量增加，则岩石的力学强度减小。

重金属污染物；岩石力学性能；相关关系；影响

根据相关研究发现，重金属污染对岩石的力学性能产生较大的影响，在污染前后，岩石的风化速度、力学强度等有着明显的差异。但在研究过程中，注重重金属污染物对岩石物化作用与风化性能研究较为深入，但对于岩石的力学性能研究较少，研究成果不明显[1]。本文将未受到重金属污染物污染的岩石与重金属污染岩石两者进行对比试验，观察在不同含量的重金属污染物下岩石的风化耐久性能、荷载强度与抗剪强度试验等，对重金属污染物侵入对岩石力学性能的影响进行分析。

一、污染岩石的强度试验

（一）抗剪强度试验

重金属污染物的侵入，侵入的岩石表面会出现裂隙，且裂隙化程度会不断加快，从而使岩石的抗剪强度降低。为了使重金属污染物在侵入岩石后，岩石的抗剪强度变化情况可以直观的反映出来，选取2组具有代表性的污染砂岩与污染泥岩对岩石的抗剪强度进行试验[2]。通过检测仪检测发现，在污染岩石中侵入的重金属元素主要是铜、铅、锌、镉，污染物的综合含量约为1.5%-3.5%，抗剪强度试验的结果发现，在相同状态下，同种岩石会随着侵入的重金属含量增加，岩石的抗剪强度会随之降低，重金属含水量增加，则岩石的抗剪强度也会随之降低。

（二）风化耐久性强度试验

当岩石受到重金属污染物的侵入后，会使岩层表面的胶结物产生溶蚀，从而降低了岩石的风化耐久性强度，而岩石的抗压强度则直接反应了岩石的风化耐久性强度。本文选取2组具有代表性的砂岩、泥岩对岩石的风化耐久性强度进行试验。试验的过程是先将岩石烘干，再浸水，再烘干的循环过程，每一个阶段耗时3d,在每一个循环阶段下，岩石的抗压强度变化如下表1所示。经过试验结果发现，岩石在受到重金属污染物的侵入后，岩石的单轴抗压强度较污染物含量高的岩石样本高[3]。随着侵入的重金属污染物含量不断增加，岩石的抗压强度会随之降低，受重金属污染的岩石在经过循环试验后，岩石的单轴抗压强度下降，降低幅度≥45%。

表1：岩石风化耐久性强度试验结果

（三）点荷载强度试验

岩石中侵入的重金属污染物会使岩石裂缝表面的胶体物加速溶蚀，从而导致岩石颗粒之间的胶结力降低，加快了岩石的裂隙化程度，使岩石的完整性造成一定的破坏，因此岩石的力学性能降低。经过点荷载强度试验发现，受到重金属污染的岩石，其抗拉强度与点荷载强度会随着重金属污染物的含量变化而不断变化，且会随着重金属污染物含量的不同而发生不同幅度的变化[4]。在相同的环境下进行试验操作，发现当重金属污染物含量增加时，岩石的抗拉强度与点荷载强度会随之降低。岩石的风化状态对点荷载强度的影响并不十分明显，但岩石的岩性会对点荷载强度与抗拉前度值降低的幅度会产生明显的影响。

二、重金属含量与岩石抗压强度关系

（一）重金属污染物含量与薄层状浅紫色泥岩单轴抗压强度关系

经过试验发现，重金属污染物含量与岩石的强度之间具有密切的相关关系，因此对重金属污染物含量与薄层状浅紫色泥岩单轴抗压强度关系进行试验。采取紫红色泥岩侵入不同含量的重金属污染物共21组，通过烘干、浸水试验，在岩石含水量相同的情况下进行岩石点荷载试验，并通过线性回归分析法将试验结果进行比较与分析，根据相关软件及线性回归分析法得知，相关系数R为-0.877，重金属含量与泥岩强度的关系为负相关关系，可以用幂函数表示。

（二）重金属污染物含量与中厚层紫色砂岩单轴抗压强度关系

对重金属污染物含量与中厚层紫色砂岩单轴抗压强度的关系试验可以通过线性回归分析法进行分析，根据线性回归分析及相关软件分析得知，相关系数R为-0.898，即二者呈负相关关系，重金属含量与中厚层紫色砂岩的强度可以用幂函数表示[5]。随着重金属污染物含量的变化，岩石的强度也会随之发生明显的变化。重金属污染物含量增加时，岩石的强度会随之降低，在重金属污染物含量≥1.5%，重金属含量增加，则岩石的单轴抗压强度会出现缓慢下降的趋势。

结语：

总而言之，本文根据相关试验对岩石的风化耐久性强度实验、点荷载试验与抗剪强度试验等的结果发现，在相同条件下， 重金属污染物的含量增加时，岩石风化耐久性、抗压强度与抗剪强度都会随之减少。根据重金属污染物含量与两种岩石抗压强度的关系对比发现，重金属含量与泥岩的强度呈负相关关系，重金属含量与砂岩的强度也是呈负相关关系，综合表面，重金属污染物的侵入对岩石的力学性能会造成一定的影响。

[1]莫菲苹,程峰. 重金属污染物侵入对土体强度影响的试验研究[J]. 矿产与地质,2015,(01)：114-118.

[2]程峰,王星华,莫时雄. 重金属污染对岩石风化性能影响的研究[J]. 有色金属(矿山部分),2014,(02)：58-62.

[3]刘韵琴,刘云国,胡新将,郭一明. 改性壳聚糖对湘江河水中重金属污染物Cr(VI)的吸附(英文)[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2013,(10)：3095-3103.

[4]龚慧仙. 玉溪市部分城市生活垃圾卫生填埋场重金属污染状况调查[J]. 环境科学导刊,2010,(06)：85-87.

[5]穆立蔷,孙海燕,祝宁. 东北主要绿化树种对大气重金属污染物吸收能力的研究(英文)[J]. Journal of Forestry Research,2004,(01)：73-76+3-4.

S210

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1007-6344（2017）05-0130-01

崔巍（1989-）女，汉，陕西汉中，硕士，助教，研究方向：岩石力学性能研究，环境流体力学。

钛酸铋钠系无铅压电陶瓷固溶改性研究（编号KJ201704） 基金项目：轴承转子非线性动力学（编号KJ201705）