含水饱和度影响下砂岩劈裂特性与水岩作用机制

岩石含水饱和度与水分分布影响劈裂面粗糙度,进而决定断裂面渗流性能和摩擦作用,对分析巷道围岩稳定性和水压致裂增透效果至关重要。通过对不同饱和度(0,25%,50%,75%和100%)砂岩进行核磁共振分析和巴西劈裂试验,并对岩样劈裂面进行三维形貌扫描,研究饱和度对砂岩劈裂特征的影响。研究结果表明:(1)岩样从干燥到饱和,抗拉强度从3.05 MPa降至0.98 MPa,符合指数函数特征。岩样的硬度从干燥到饱和下降56.6%,高饱和度砂岩塑性增强。(2)劈裂面分形维数随饱和度增加呈对数型增大。裂隙面粗糙度系数(JRC)随饱和度增高,均值从5.598增至13.306,且非饱和状态JRC表现出明显的离散性。(3)利用统计学原理量化不同饱和度砂岩劈裂面,发现粗糙度高度、坡度均值和标准差均随饱和度升高增大,坡向则由干燥的均匀分布逐渐趋于集中在270°。饱和程度加大,垂直裂隙增多,劈裂面更加粗糙。(4)核磁共振分析结果表明,随着吸水饱和度的增加,水由岩样周边向内部运移,岩样内部孔隙润湿量逐渐增加。随着饱和度从25%升高至100%,岩样内部大中孔和微裂隙润湿比例由3%升高至17%,促使岩样生成软弱结构,破坏时由穿晶裂隙逐渐演化为晶间裂隙,导致宏观表现为劈裂面更加粗糙。