荷载作用下不同温差冻融砂岩孔隙发育机制研究

为探究恒定荷载作用下不同温差冻融循环对露天煤矿边坡岩体微观结构的影响规律,采用自主研发的TCDR-Ⅰ温度-应力耦合试验系统,在恒定荷载及不同温差冻融循环作用后,通过核磁共振测试及声波检测分析技术,得到饱水砂岩冻融循环前后内部孔隙及孔喉分布的变化规律。研究结果表明:随着冻融循环下限温度降低,饱水砂岩内部损伤因子逐渐增大;冻融砂岩孔隙度增比随下限温度降低呈指数型增加,温差越大对孔隙结构的影响更为显著;荷载砂岩冻融循环过程中,小孔喉的增幅和中大孔喉降幅随下限温度降低呈线性增加;砂岩内部孔结构分形维数与下限温度之间呈负相关,荷载砂岩冻融循环孔隙结构表现出多重分形特征,小孔隙分形维数从-10~20℃时的2.308增加到-40~20℃时的2.558,孔喉分形维数处于2.967~2.983之间。研究结果可为寒区露天矿岩质边坡季节性破坏机理及裂隙演化研究提供参考。

不同温差冻融后砂岩蠕变特性及分数阶损伤模型研究

为研究不同冻融环境下岩石工程的长期稳定性,开展不同温差冻融后石英砂岩、变质砂岩及红砂岩核磁共振检测及三轴蠕变试验,探讨各类砂岩在不同温差冻融作用下的孔隙结构发展规律及蠕变劣化特性。试验结果表明,冻融循环作用促进了砂岩内中小尺寸孔隙的发育扩展,冻融温差范围越大则变质砂岩与红砂岩孔隙的发育程度越高,而石英砂岩对冻融温差的敏感性较弱;随着冻融循环次数的增加,冻融后砂岩的蠕变量随之增加,而长期强度逐渐降低。冻融温差的变化控制着冻融后砂岩蠕变量的上升幅度及强度的下降趋势,红砂岩在不同温差冻融作用下的时效力学响应最为突出,而较大温差冻融后石英砂岩及变质砂岩在破坏应力水平下更易发生加速蠕变。基于统计损伤与分数阶微积分理论,建立能够表征不同温差冻融后砂岩三轴蠕变力学行为的分数阶损伤蠕变模型,模型参数分析表明,体积模量与黏弹性剪切模量具有随冻融循环次数及温差范围的增加而普遍下降的趋势,分数阶阶数及时效损伤参数与砂岩蠕变的时间及变形尺度相关。模型曲线与试验数据的吻合度较高,验证模型能准确描述不同温差冻融后砂岩蠕变全过程力学特性。