提出了一种基于光纤超声传感技术的岩石含水率检测新方法。在实验中，以压电换能器（PZT）发出的1 MHz超声波作为声源，采用超声波透射法，通过刻写在细芯光纤中的一对光纤光栅检测岩石的超声波信息（包括时域以及频域的结果），并与相同条件下的PZT接收结果进行比较。随着岩石含水率的增加，光纤传感器表现出与PZT相似的响应趋势，且测得的含水率绝对偏差较小，充分证明了光纤探测岩石含水信息的可行性和优越性。

面向天然页岩与砂岩矿物元素组分快速定量分析的检测需求，笔者搭建了具有自动化分析功能的显微分析激光诱导击穿光谱系统，并采用该系统对油气页岩与砂岩天然岩石样本进行了快速检测。分析了砂岩与页岩光谱的不确定度差异，形成了流程化的包括光谱数据提取、筛选、校正、归一化的预处理方法，有效降低了单一样本与样本间光谱不确定度。基于偏最小二乘回归，形成了模型输入参数优化流程，避免了模型过拟合与欠拟合，提高了定量预测准确度。对岩石中的Si、Ca、Fe、Al、Mg等元素进行了定量分析，多数样本的平均预测均方根误差小于1%。本研究为天然岩石的矿物组分分析与岩性识别提供了技术支持。

红砂岩具有遇水软化的特性，通过与石灰岩集料对比，研究了红砂岩粗、细集料硬度与抗软化性能及其对水泥稳定基层(水稳基层)强度与抗软化性能的影响规律，并通过界限含水率、XRD与SEM测试，对比了红砂岩、石灰岩集料浸水前后的矿物成分与微观形貌。结果表明，红砂岩集料浸水后质量减少，硬度降低，抗软化性变差，制备的红砂岩水稳基层强度、软化系数低于石灰岩水稳基层，但红砂岩粗集料制备的水稳基层强度、软化系数降低幅度小于红砂岩细集料制备的水稳基层。红砂岩集料中的黏土矿物遇水崩解剥落、膨胀疏松化是红砂岩水稳基层强度、软化系数降低的主要原因。本研究可以为红砂岩在路面基层材料中的组成设计与工程应用提供理论参考。

以异丁基三乙氧基硅烷(IBTES)和正硅酸乙酯、钛酸丁酯为主要原料，利用溶胶-凝胶(sol-gel)法制备了IBTES-TiO2@SiO2复合溶胶。并通过XRD、FT-IR、SEM、TEM等手段研究了IBTES-TiO2@SiO2的物相组成、微观形貌以及砂岩防护后涂层表面的超疏水、自清洁、耐候性能。结果表明:IBTES-TiO2@SiO2复合涂层的水接触角最高可达162°，且具有优异的自清洁性；喷涂处理后，砂岩的水蒸气透过性能依然保持良好，水蒸气透过量仅降低3.4%。IBTES-TiO2@SiO2复合涂层具有优异的耐候性能，TiO2@SiO2颗粒的加入可有效提高砂岩的耐酸、耐碱和耐紫外线老化性能。在300 h人工加速老化实验中，砂岩表面涂层依然具有超疏水防护性能。IBTES-TiO2@SiO2复合涂层对砂岩石质文物具有良好的防护效果，适用于砂岩石质文物保护。

针对红砂岩易发生剪切破坏导致工程结构发生安全事故的问题, 该文提出了一种基于压电波动的主动监测方法, 利用压电传感技术对红砂岩的剪切破坏过程进行主动监测, 在小波包能量法的基础上, 引入均方根差定义损伤因子, 实现对红砂岩剪切破坏过程的定量表征。试验结果表明, 在红砂岩试件开始加载后的第12 min, 试件发生剪切破坏, 损伤因子发生突变, 与红砂岩的剪应力-时间曲线相吻合, 验证了采用损伤因子定量评估红砂岩剪切破坏过程的准确性和可行性, 为红砂岩破坏的实时监测提供了一条新途径。

近期, 《Nature》、 《Science》等世界顶级期刊揭示了地表岩石与全球氮循环的相互作用, 认为岩石是氮素的重要储库, 其风化排氮是生态系统氮素的主要来源之一, 对局部乃至全球氮循环具有重大影响。 陆地地表岩石分布面积75%是沉积岩, 丹霞地貌是受沉积岩风化侵蚀作用形成的重要地貌类型之一, 研究丹霞地貌沉积岩的风化与排氮作用对深入了解全球氮循环过程具有重要意义。 以江西龙虎山丹霞地貌出露的红色砂岩为研究对象, 在系统的野外样品采集工作基础上, 利用偏光显微镜、 ASD光谱仪和碳氮分析仪对样品的矿物组成、 光谱曲线和氮素含量进行鉴定和测量。 结果表明: 龙虎山砂岩主要为长石砂岩, 颗粒矿物为长石和石英, 胶结物以铁质、 钙质为主, 次为泥质; 砂岩的化学风化类型主要有胶结物溶蚀和颗粒矿物水化两种, 其中胶结物溶蚀以铁质溶蚀为主, 溶蚀后岩石的光谱曲线在902 nm处(Fe3+的特征吸收波段)的吸收指数下降, 而颗粒矿物水化则主要体现为长石向粘土矿物转变, 水化后岩石的光谱曲线在2 210 nm处(粘土Al—OH的特征吸收波段)的吸收指数上升。 针对同一件样品, 已被化学风化的部分与未被风化的部分相比, 其氮元素含量有所下降, 且氮元素含量与2 210 nm处的吸收指数存在一定的负相关系(R2=0.802 6), 说明岩石风化有助于氮排放; 针对不同样品, 氮元素含量与2 210 nm处的吸收指数相关性很差(R2=0.025 6), 说明岩石矿物组成与结构差异对岩石初始氮含量和吸收指数产生影响, 从而降低两者间的相关性。 以上研究说明, 反射光谱为砂岩风化程度检测与氮排放研究提供了一种重要的技术手段, 但研究时必须注意岩性的一致性。

为快速获得宏观、定量的砂岩露头孔隙度, 提出了基于高光谱的孔隙度估算新方法.采集野外露头砂岩样品并测得其孔隙度, 利用岩石薄片鉴定资料分析砂岩孔隙度的影响因素；对岩样实测光谱预处理, 探索砂岩孔隙度的光谱响应机理；考虑到光谱波段高维性和波段间多重相关性, 采用偏最小二乘方法构建孔隙度估算模型；通过变量投影重要性分析模型中重要波段.研究结果表明：基于砂岩填隙物与孔隙度的相关性以及填隙物的光谱特征, 可间接反演孔隙度；砂岩孔隙度具有良好的光谱响应；反射率能够定量估算砂岩孔隙度(全波段模型R2=0.72, RMSE=2.28, RPD=1.94)；重要波段帮助降低自变量维度, 发现孔隙度敏感波谱响应.本研究为基于高光谱图像的野外露头孔隙度表征奠定了基础.

重庆市市委会办公大楼旧址前有一组露天存放的清代砂岩石狮子, 表面覆盖着黑色硬壳状物质, 发生大面积脱落, 起翘和卷曲。 为了揭示黑色硬壳状结构组成, 研究其形成过程及对文物产生的影响, 利用环境扫描电子显微镜(SEM), X-射线衍射仪(XRD), X-射线荧光光谱仪(XRF), 傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和X-射线光电子能谱(XPS)对黑色硬壳及文物表层砂岩样品进行了检测分析研究。 结果发现: 黑色硬壳断面Mapping元素分布图显示其分为底漆层, 中间层和表层, 系石刻早期封护层的老化产物; 中间层含有立德粉(硫化锌和硫酸钡), 黑色外观源于表层中含铅颜料(铅白)变色形成黑色硫化铅及树脂碳化所致; 红外光谱与光电子能谱显示出黑色硬壳中含有强的羟基(—OH)特征峰, 说明封护层中有机物老化后形成了大量羟基, 从而增强了自身亲水性, 造成易吸水溶胀与干燥收缩情况, 导致大面积脱落, 起翘和卷曲现象; 黑色硬壳起翘和卷曲部位与下层石刻表面之间形成了易于积水的微空隙, 能够聚集雨水中的有害物质, 造成石刻表层岩石发生腐蚀, 例如黑色硬壳背面及下层岩石表面中高含量硬石膏(CaSO4), 经生水化作用后转化为石膏(CaSO4·2H2O), 发生体积膨胀造成岩石表面松动和酥粉。 因此, 当露天文物表面上封护层已老化时, 及时地进行清除是十分必要的。

为了研究陕北地区毛乌素沙地中砒砂岩与沙复配土颗粒的胶结作用力，将砒砂岩与沙按不同的体积比配制复配土，采用拉曼光谱仪测试复配土粉末的拉曼光谱；根据复配土中化学成分SiO2在拉曼位移为464 cm-1处的特征峰峰位随砒砂岩含量的变化，研究了土体颗粒胶结作用力的变化。结果表明：沙的峰位为464.5 cm-1，随着砒砂岩含量增加，峰位逐渐减小；这是因为沙中砒砂岩的添加使得砒砂岩中的小颗粒占据了沙中部分大颗粒的位置，颗粒间的距离变大，颗粒间相互牵引而产生拉应力，从而导致拉曼特征峰红移；当砒砂岩与沙的体积比为1∶1时，峰位减小到463.6 cm-1；当砒砂岩与沙的体积比为7∶5时，土体结构发生坍塌，变得紧实，土体颗粒之间产生了压应力，导致峰位突然增大到464.2 cm-1，之后土体结构趋于稳定；随着砒砂岩含量进一步增加，仍有砒砂岩小颗粒对沙大颗粒的置换作用，导致拉应力逐渐明显，峰位不断减小，当复配土为全砒砂岩时峰位为463.1 cm-1。实验结果证实了可将SiO2分子拉曼光谱特征峰峰位的移动用于研究复配土颗粒间的胶结作用力。

为了克服采用传统机械方法开采海底富钴结壳时破碎头易磨损、效率低以及贫化率高等缺点, 通过试验方法研究了一种利用脉冲功率技术开采海底富钴结壳的新技术。采用12级全固态Marx电路和半导体开关IGBT研制了高压脉冲电源, 该电源可产生负高压方波脉冲, 其上升沿上升时间约100 ns, 最高幅值可达40 kV, 脉宽可调。破碎方式采用针针电极并与岩石同侧表面紧密接触。为了使两电极与岩石同侧表面接触的部位电势尽可能高, 采用不锈钢针作为正、负电极, 且电极间距可调。研究发现当电极间距约为3 mm时, 该电源产生的幅值约32.5 kV的高压脉冲可在高压油中的砂岩内部形成等离子通道并破碎砂岩。放电既可发生在高压脉冲上升沿阶段, 也可发生在上升沿上升时间之后。从放电过程中的电压电流波形来看, 等离子通道回路中有电流时其两端存在明显的压降, 因此等离子通道具有阻性, 而且阻值在放电过程中是变化的。