化学溶液和干湿循环作用下砂岩Ⅰ/Ⅱ复合型断裂韧性劣化特性研究

为研究化学溶液和干湿循环作用下砂岩Ⅰ/Ⅱ复合型断裂韧性的劣化规律,先采用pH为7,9,4的保水溶液,对试件进行干湿循环试验(N=1,3,6,10),随后通过半圆弯曲法测试试件的Ⅰ/Ⅱ复合型断裂韧性。试验结果显示:随着干湿循环次数N的增加,砂岩断裂韧性逐渐劣化,且劣化速度逐渐减缓;化学溶液对断裂韧性的影响为:酸性>碱性>中性;Ⅱ型断裂韧度总劣化度小于Ⅰ型断裂韧度。随后,基于试验结果,发现最大切应力准则(MTS准则)在判别以Ⅱ型断裂为主的复合型裂纹时存在较大误差,而广义最大切应力准则(GMTS准则)则能较好的吻合试验结果。最后,基于GMTS判据,分析裂纹尖端参数的劣化特征:T应力的绝对值与临界极半径r_(c)随着断裂韧性总劣化度的增大而减小;试件的干湿状态对r_(c)影响微弱,印证了r_(c)是反映结构性质的参数。

干湿循环作用下砂岩溶蚀的孔隙度演化规律

针对干湿循环作用下岩石劣化机理的复杂性,以砂岩为研究对象,通过对砂岩浸泡溶液离子浓度的测试,定量反分析砂岩矿物的溶解,得到砂岩孔隙度的演化规律,分析干湿循环作用下砂岩的劣化机制。结果表明：浸泡溶液中Ca^（2＋）的生成速率比K~＋、Na~＋、SiO_2高一个数量级,Fe^（2＋）的生成速率最低。每阶段循环后,方解石的体积减少量最多,其次是钾长石和钠长石,黑云母和石英的体积减少量最小。干湿循环作用后,微小的孔隙度变化,会导致抗压强度的大幅度降低,各阶段孔隙度变化值与劣化度成正相关。干湿循环侵蚀后,砂岩各种矿物的溶解流失,使得自身胶结物量减少,孔隙度增大,产生各种空洞与微裂缝,最终反映为强度的降低,是为干湿循环导致砂岩劣化的重要原因。

干湿循环作用下砂岩细观损伤演化及宏观劣化研究

针对周期性干湿循环作用下岩石损伤劣化问题,以三峡库区某边坡的中风化砂岩为研究对象,分别对不同干湿循环次数作用下"干燥"和"饱和"状态的砂岩进行全断面CT扫描试验、巴西劈裂试验、单轴和三轴压缩试验。试验结果表明:在相同的干湿循环次数n下,"干燥"状态下砂岩的宏细观力学参数大于"饱和"状态下的参数;各典型区域的CT数均值随着循环次数非线性累积增加,初期变化较快,当n≥3时,细观损伤演化速度趋于缓慢;砂岩单轴抗压强度、弹性模量、抗拉强度、黏聚力、内摩擦角随n的增加呈对数下降,泊松比随n的增加而增大。干湿循环作用对砂岩不同力学参数的劣化程度不一,岩样"抵抗拉伸性能"大于"抵抗压缩性能"对水的敏感性。基于试验数据拟合,对不同干湿循环作用下两种含水状态的砂岩M–C屈服准则进行了修正,为工程中获得任意围压下岩石的破坏强度提供了理论依据。

考虑干湿循环作用泥质砂岩的强度与破坏准则研究

研究库水位反复升降对边坡稳定性的影响具有重要意义,结合水-岩相互作用课题,对不同干湿循环次数作用下的泥质砂岩进行单轴压缩试验和三轴压缩试验。试验结果表明:在干湿循环作用下,泥质砂岩的峰值强度的劣化程度>黏聚力的劣化程度>内摩擦角的劣化程度,随着干湿循环次数增加其力学参数劣化程度加剧,结合岩土塑性力学中广泛应用的Drucker-Prager准则(简称D-P准则),提出了考虑干湿循环作用的不同围压下泥质砂岩的D-P屈服准则,通过修正的D-P屈服函数计算的泥质砂岩不同围压下的理论峰值与试验值的对比,得到两者误差控制在10%以内,考虑干湿循环作用的泥质砂岩的D-P屈服准则在实际应用中是可行的,为工程中获得任意围压下岩石的破坏强度提供了理论依据。

酸性干湿循环作用下砂岩强度参数劣化规律

为研究酸性环境中砂岩在干湿循环作用下强度的劣化规律,在溶液p H值分别为7、5、3的浸泡环境中,对砂岩试样进行循环次数为1、5、10、15、20次的干湿循环试验。根据每个循环阶段后的强度数据,得到Mohr-Coulomb强度准则参数和Hoek-Brown强度准则参数,并对这些参数的干湿循环劣化效应做简要的分析。再根据应力空间中偏应力与强度准则参数的关系式,分别作出p H值为7、5、3的浸泡溶液作用下π平面上的破坏面随不同循环次数的变化图。结果表明:各准则参数随着干湿循环次数的增加呈下降趋势,循环次数较小时劣化较为严重,而后呈缓和趋势;p H值越低,劣化越严重,劣化效应由大至小依次为:单轴抗压强度、黏聚力、材料常数、内摩擦角;同一p H值浸泡环境中,循环次数较小时,π平面上的破坏曲线较为稀疏,循环次数越大,破坏曲线越密集;不同p H值浸泡环境中,p H越低,破坏曲面越小;偏应力与单轴抗压强度、黏聚力正相关,与材料常数、内摩擦角负相关。

化学溶液和干湿循环作用下砂岩抗剪强度劣化试验及化学热力学分析

为研究化学溶液和干湿循环共同作用下砂岩抗剪强度的劣化机制,在不同p H环境下,通过不同干湿循环次数后的单轴、三轴试验,计算出砂岩的黏聚力和内摩擦角,同时得到其与循环次数的关系式,进而获得砂岩在浸泡环境下抗剪强度随干湿循环次数的变化公式。根据砂岩的组成矿物及其百分含量,得到各种主要组成矿物在中性、碱性、酸性溶液中溶解的化学反应方程式,利用化学热力学的基本原理,确定各主要矿物在中性、碱性、酸性溶液浸泡下能否稳定。为了验证分析的正确性,对浸泡溶液中的部分离子(Ca^(2+),SiO_2,Na^+,K^+)浓度进行测试。结果表明,酸性环境下,砂岩抗剪强度劣化最为严重,碱性次之,中性最轻。在酸性环境中,对抗剪强度影响较大的胶结物主要组成成分(长石、方解石)的性质不稳定,溶解反应能自发进行,而碱性环境中,对强度影响较小的骨料主要组成成分(石英)的性质不稳定,溶解反应能自发进行。酸性浸泡液中,方解石、钾长石、钠长石溶解出的Ca^(2+),K^+,N^+的浓度明显高于中性和碱性液中Ca^(2+),Na^+,K^+的浓度,而碱性溶液中,石英溶解出的SiO_2的浓度明显高于中性和酸性液中SiO_2的浓度,与热力学分析结果一致。

两种岩石试件的“超声–回弹–密度”综合筛选法研究

为了尽量减少室内岩石力学试验结果的离散性,综合应用现有的无损检测技术,基于Hertz接触理论与能量守恒定律,从回弹法检测原理出发,研究"超声–回弹–密度"综合筛选法预测岩石强度的理论机制,建立岩石单轴抗压强度与密度、纵波波速、回弹值的多元回归模型;并结合地层CT扫描技术,提出现场岩体预测强度的方法。通过花岗岩、砂岩的无损检测试验,采用提出的模型获得2种岩石的预测抗压强度,与室内单轴压缩试验结果对比:预测强度的误差分别为-2.53%~2.06%,-3.09%~4.84%,2个拟合公式的相关系数均大于0.9。该方法的精确程度比以往的强度预测经验公式更高,可为不同工况下岩石分组提供参考依据,经过分组的岩样其强度预测误差可控制在±5%以内。

巫山段消落带岸坡库岸再造模式及典型案例分析

三峡库区在库水季节性升降作用下,库岸边坡形成了一段高程约为30m的消落带。消落带是库岸边坡稳定性的敏感地带。在库水升降、波浪淘蚀等其它外力作用下,消落带库岸的岩土体不断地被冲刷和搬运,从而导致库岸后退,消落带岸坡不断地进行库岸再造。根据三峡库区巫山段消落带库岸考察结果,从地质因素和环境因素两个方面对库岸稳定性影响因素进行分析总结,归纳5类易引发消落带变形破坏的致灾岩组,总结岩质岸坡存在的3种岩体结构变形特征;在对库岸再造比较明显的15例消落带岸坡典型案例分析的基础上,提出5种巫山段消落带岸坡库岸再造类型;并在巫山段消落带岸坡灾害防治典型案例分析的基础上,提出了库岸边坡地质灾害防治的要点和岸坡防护的一些建议。