[发明专利]一种基于分子层面的岩石微观结构和性质的研究方法

说明书

本发明涉及一种基于分子层面的岩石微观结构和性质的研究方法，包括以下步骤：先通过X射线衍射试验获得岩石的主要矿物成分，从而获得岩石主要矿物成分的晶体结构；然后计算主要矿物晶体的化学键参数并对计算结果进行分析和验证，计算矿物晶体的弹性参数并对计算结果进行分析和验证；再根据矿物晶体化学键和弹性参数进行相关性分析。本发明提供的研究方法从分子层面研究岩石的微观特性，为揭示岩石宏观物理力学性质的微观本质机理提供理论依据。研究结果不仅为岩石工程、边坡加固工程提供理论支撑，同时对石质文物保护具有重要意义。

技术领域

本发明涉及岩石分子层面研究技术领域，具体涉及一种基于分子层面的岩石微观结构和性质的研究方法。

背景技术

岩石是由一种或几种矿物组成的集合体，岩石的外部表现和宏观物理力学性质与其内在的矿物晶体的微观结构和微观物理化学性质紧密相关，研究岩石矿物的微观特性对掌握岩石宏观物理力学性质的微观本质机理具有重要意义。目前对岩石微观特性的研究多集中在细观尺度上，如冯夏庭等对化学溶液腐蚀下的砂岩进行了CT(computerizedtomography)试验，研究了岩石从微裂缝生成到破坏的发展过程；张渊等采用耐高温的显微镜观测了不断升温过程中细砂岩内部微裂纹的发生和发展，认为细砂岩存在热破裂阈值；朱红光等基于CT试验探究了岩石材料的微裂隙演化；丁梧秀等研究了MHC(Mechanical-Hydrogical-Chemical)耦合腐蚀下灰岩的细观结构损伤机理，并建立了基于考虑主要矿物成分含量变化的腐蚀损伤数学模型；Baicun Yang等利用CT试验，证明了黄铁矿晶粒的分布对页岩裂纹的形成有宏观和细观的影响；Youqing Chen等利用偏光显微镜和荧光物质对页岩的微观结构进行了观察；杨峰等基于CT扫描研究了致密砂岩的渗流特征及应力敏感性；Yigai Xiao等利用光学显微镜、x射线衍射仪、扫描电子显微镜等测试方法研究了30个风化岩心样品的微观特征，结果表明岩石中水的膨胀所产生的压力会使岩石的孔隙增大。上述研究或利用显微镜和CT扫描技术对岩石细观损伤及破裂过程进行了观测与分析，或通过提取细观结构中某些参数的含量进行拟合建立与力学强度的关系，去解释岩石宏观物理力学性质与岩石细观结构的联系，尚未从微观尺度去揭示岩石宏观物理力学性质的微观本质机理。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术中的不足，提供一种基于分子层面的岩石微观结构和性质的研究方法。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种基于分子层面的岩石微观结构和性质的研究方法，包括以下步骤：先通过X射线衍射试验获得岩石的主要矿物成分，从而获得岩石主要矿物成分的晶体结构；然后计算主要矿物晶体的化学键参数并对计算结果进行分析和验证，计算矿物晶体的弹性参数并对计算结果进行分析和验证；再根据矿物晶体化学键和弹性参数进行相关性分析。

作为本发明一种基于分子层面的岩石微观结构和性质的研究方法的进一步优化：所述的晶体化学键参数的计算方法包括以下步骤：

步骤(1)、计算Mⁿ⁺-X^n-静电价强度(S)，计算公式如式(1)所示：

式中，S为离子静电价强度，Z为阳离子电价，CN为配位数；

步骤(2)、计算Mⁿ⁺-X^n-离子键百分数，计算公式如式(2)所示：

式中，φ为离子键百分数，X_A、X_B为两种原子的电负性；

步骤(3)、计算Mⁿ⁺-X^n-离子键库仑力，计算公式如式(3)所示：