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申请/专利权人：洛阳理工学院

摘要：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。

主权项：1.一种基于分子层面的岩石微观结构和性质的研究方法，其特征在于：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；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+-Xn-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+-Xn-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，XA、XB为两种原子的电负性；步骤3、计算Mn+-Xn-离子键库仑力，计算公式如式3所示： 式中，Fk为离子键库仑力，ZM为阳离子电价，ZX为阴离子电价，Rc为阳离子半径，Ra为阴离子半径，e为电子电量，K为常数9*109N·m2C2；步骤4、计算Mn+-Xn-离子键极性，计算公式如式4所示： 式中，F为离子键力，λ为离子键极性，Z为原子核电价数，CN为配位数，rc为离子共价半径，FX为非金属离子键力，FM为金属离子键力；步骤5、计算Mn+-Xn-平均键价，计算公式如式5所示： 式中，S’为离子键平均键价，R为键长，R0和B为原子种类以及价态有关的经验常数；所述晶体弹性参数计算方法为：采用MaterialsStudio软件的CASTEP模块，输入晶胞参数建立单晶模型，对模型进行几何优化，然后施加应力并进行线性拟合得到岩石晶胞的弹性常数；在弹性范围内，晶体的应力张量和应变张量关系为：σi＝Cijεj，其中Cij称为弹性常数，σi为应力张量，εj为应变张量；由于应力和应变张量的对称性及应变能的存在，独立的弹性常数分量有21个，其矩阵形式如下： 根据Voigt和Reuss理论计算晶体的体积模量B和剪切模量G，计算如式7所示：9BV＝C11+C22+C33+2C12+C13+C2315GV＝C11+C22+C33+3C44+C55+C66-C12+C13+C231BR＝S11+S22+S33+2S12+S13+S2315GR＝4S13+S22+S33+3S44+S55+S66-S12+S13+S237式中，Sij为柔顺系数，根据Hill理论对两种结果求平均作为晶体的弹性模量，计算如式8所示： 式中，BH代表体积模量的平均值，GH代表剪切模量的平均值。

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