干湿循环作用下受荷砂岩损伤劣化特性研究

为研究干湿循环作用下砂岩力学特性的劣化规律,对经历不同干湿循环次数下的弱胶结砂岩进行核磁共振(NMR)及单轴压缩试验,采用声发射技术(AE)实时监测砂岩受荷破坏过程,并采用砂岩孔隙度定义损伤变量,建立干湿循环受荷条件下岩石损伤劣化模型,探究岩体在干湿-受荷作用下的损伤劣化机制。结果表明:①砂岩在循环初期的驰豫时间T₂谱面积增幅最大,且随循环次数的增长不断减小;单轴压缩后的岩样,其T₂谱面积相较于破坏前增长幅度显著。②随循环次数的增加,砂岩试样的塑性变形不断增大,声发射累计振铃数呈降低趋势,降低幅度最大达76.21%。③单轴抗压强度和弹性模量均随干湿循环次数的增大呈指数衰减;引入劣化度表征岩石力学参数的劣化程度,发现岩石单轴抗压强度的劣化速率随孔隙度的增长不断减缓。     

饱水-风干循环作用下砂岩力学性质劣化规律

水库在建成运营过程中,水库内水位反复升降对库岸边坡安全性产生影响。为探究饱水-风干循环作用下水库边坡岩体力学性质的劣化规律,以某水库边坡水位变幅带砂岩为试验对象,进行岩石三轴压缩试验。引入劣化率概念探究水岩作用对砂岩力学性质的影响,并借助电镜扫描技术分析了砂岩在水岩作用下的劣化机理。研究表明:水岩作用程度相同时,砂岩峰值抗压强度随围压增大而变大;相同围压条件下,随饱水-风干/循环次数增多,砂岩峰值抗压强度、黏聚力、内摩擦角变小,且三者数值与循环次数N之间的变化规律符合指数分布。当水岩作用增强时,峰值抗压强度劣化率最小值为31.35%,黏聚力、内摩擦角劣化率分别为30.61%和15.37%;水库水位升降对砂岩峰值抗压强度、黏聚力影响较内摩擦角大,三者劣化率与循环次数N之间的变化规律同样符合指数分布。在砂岩三轴压缩试验基础上,对水岩作用下岩石劣化机理进行了研究。研究成果对于受水位反复升降影响的水库边坡安全性治理具有一定参考价值。     

干湿循环作用下砂岩的劣化及破坏特性研究

针对干湿循环作用下消落带砂岩岩体强度衰减易导致砂岩边坡失稳的问题,以三峡库区秭归县沙镇溪典型库岸边坡砂岩试样为研究对象,采用浸泡—烘干处理方式模拟岩石干湿循环过程,将试样分组进行单轴压缩试验和直接剪切试验研究,并通过数值模拟,从变形的角度分析破坏过程。结果表明:干湿循环对砂岩的劣化作用在初期表现强烈,随着循环次数增加,作用逐渐减弱;在相同循环条件下,砂岩的极限抗剪强度随法向应力的增大而增加,相同法向应力作用下砂岩极限抗剪强度随干湿循环次数的增加而减小;粘聚力和内摩擦角随着干湿循环次数的增加而逐渐减小,总劣化度逐渐增大。试验结果对水库砂岩边坡稳定性分析具有较强的参考价值。     

考虑水岩耦合作用的水电站边坡岩石损伤模型

库水位上升、下降对水电站大坝边坡稳定性产生不利影响。通过室内不同干湿循环条件下岩石的三轴压缩试验,基于统计损伤力学理论,根据岩石在不同干湿循环条件下应力~应变特征,利用岩石应力~应变曲线的极值特点,推导求解模型参数的数学方程,建立三轴压缩条件下岩石损伤本构模型。通过与不同干湿循环条件下岩石应力~应变曲线的比较,损伤模型可以很好地反映岩石应力~应变关系。干湿循环次数对参数m和F_0造成影响,随着干湿循环次数的增大,两个参数的值逐渐变小,且干湿循环次数对参数m的影响较大。通过对干湿循环下岩石的内摩擦角与黏聚力劣化分析,可以得到参数α和k的值不断减小,对准则参数α和k进行折减,建立岩质边坡稳定性分析的模型,对水电站大坝边坡稳定性分析具有重要意义。     

大理岩干湿循环力学特性试验研究

针对库水变幅带边坡岩体水力风化作用下性能劣化现象,选取锦屏水电站左岸边坡大理岩为研究对象,采用干湿循环处理,开展了单轴和不同围压下的三轴压缩试验,研究了大理岩在不同干湿循环作用下强度、变形和破坏形式等力学特性。试验结果表明:大理岩单轴峰值强度与干湿循环次数呈负相关关系,初次循环阶段的劣化效应显著;较低循环次数下大理岩内摩擦角基本不变,黏聚力有较大幅度下降,总体上黏聚力受干湿循环作用的影响效应比内摩擦角更敏感;干湿循环对大理岩有一定程度的软化作用,多次循环后大理岩弹性模量逐渐降至临界值,围压的增加能有效弱化这种软化作用。     

水岩循环作用下变质砂岩力学参数劣化试验研究

为研究水岩循环对变质砂岩力学参数的影响,基于室内岩石水岩循环试验,对岩石主要力学参数在水岩循环过程中的弱化特性及弱化机理进行了研究。结果表明：水岩循环次数与岩石单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、黏聚力以及内摩擦角的变化呈负相关关系,与泊松比的变化呈正相关关系;水岩循环初始阶段各项力学参数的变化速率较快,但随着循环次数的增加最终趋于平缓。经过对28次水岩循环后岩石各项力学参数的劣化度D值分析认为,水岩循环对各项力学参数的敏感度为：泊松比＞抗拉强度＞黏聚力＞弹性模量＞内摩擦角＞单轴抗压强度。通过对水岩循环过程中岩石微观结构变化的分析表明,易水解矿物的溶蚀耗散、溶蚀裂隙的扩展延伸、溶蚀碎屑颗粒脱落等效应,是本试验岩石力学损伤的主要原因。利用回归分析建立了力学参数随循环次数变化的回归模型,并验证了其可靠性,基于试验结果及模型分析认为,经过16次水岩循环以后的岩石力学参数趋于平稳,因此选用16次水岩循环后的岩石力学参数进行工程设计是较为可靠的。     

干湿循环作用下原状黄土渗透性及其对土-水特征曲线的影响

为评估干湿循环作用对原状黄土水力特性的劣化效应,对甘肃Q₃黄土进行了4组不同干湿循环路径下的饱和渗透试验与土-水特征测试,分析土体饱和渗透系数和土-水特征曲线随干湿循环次数、循环幅度和下限含水率的变化规律。结果表明：原状黄土饱和渗透系数劣化度与干湿循环次数间关系可采用双曲线函数进行描述,6次循环后劣化度变化趋于稳定;土体饱和渗透系数劣化度随循环幅度增大而线性增大,随下限含水率增大而线性减小。V-G模型对干湿循环下黄土的土-水特征曲线拟合效果良好,模型参数θ_s、α、n变化幅度较小,而参数θ_r随循环次数增加呈指数下降趋势。依据试验结果建立了考虑干湿循环3参数的饱和渗透系数劣化模型与土-水特征曲线模型,并对土体非饱和渗透系数进行了预测分析。     

干湿循环对膨胀土强度特性的影响

为探讨干湿循环和压实度以及不同压实条件下干湿循环对膨胀土强度特性的影响,文中对不同压实度和干湿循环次数的膨胀土进行直接剪切试验。结果表明,随干湿循环次数增大,膨胀土抗剪强度越低;随压实度增大,干湿循环后抗剪强度下降越明显;膨胀土摩尔-库伦抗剪强度参数随压实度增大而增大,随干湿循环次数增大而减小。     

隧道石膏质围岩强度特性试验研究

以宜昌—巴东高速公路凉水井隧道出露的石膏质围岩为研究对象,开展了不同含水率、不同干湿循环下的石膏质岩单轴压缩试验,探讨其强度软化特性。利用微观电镜扫描石膏质岩遇水及干湿循环后微观结构,分析其强度劣化机理。结果表明:石膏质岩强度较低,属于软岩,强度及变形指标随含水率变化十分敏感,遇水软化特性显著,试样的抗压强度、弹性模量、变形模量都随着含水率的增大而降低,并与含水率呈现良好的函数关系,泊松比随着含水率的增大而近似呈现增大的趋势;干湿循环作用对石膏质岩力学性质劣化明显,抗压强度、弹性模量、变形模量随着干湿循环次数的增加而不断降低,并与干湿循环次数呈现良好的对数关系,泊松比随着干湿循环次数的增加而增大,但增幅有限;微观电镜图片显示水对石膏质岩结构破坏特征显著。石膏质岩的不良特性将对隧道建设产生不利影响,隧道施工中注意采取相应的防治措施。     

水岩作用下蚀变岩力学性质损伤规律

为了研究水位升降对蚀变带边坡岩石力学性质的影响,选取仓上露天金矿坑边坡蚀变岩样,进行了不同饱水-失水循环次数的单轴压缩试验。建立了函数关系描述蚀变岩力学性质在水岩作用下的变化规律,引入损伤率的概念分析了循环次数对蚀变岩力学性质的影响,并利用电镜扫描技术从微观角度分析了水岩作用对蚀变岩的损伤机理。结果表明水岩作用对蚀变岩的力学性质有明显的弱化现象,且水岩作用越强,弱化现象越明显;不同循环次数下,蚀变岩弹性模量随循环次数增加衰减迅速,峰值强度呈持续衰减状态;随蚀变、碎裂发展,水岩作用对岩石的力学性质损伤增加,循环15次后,弹性模量损伤率最大接近60%,峰值强度接近45%。     

干湿循环作用下石膏岩劣化效应的试验研究

选取巴东十字垭隧道的石膏岩为研究对象,室内完成了0,1,3,6,12次干湿循环试验,测得了循环过程中吸水率、孔隙度和单轴压缩的试验数据。试验表明:石膏岩的吸水率和孔隙度与干湿循环次数呈对数函数形式,并随着干湿循环次数的增多而不断增大,但吸水率、孔隙度的增加量却逐渐减少;同样,石膏岩的单轴抗压强度和弹性模量随着干湿循环次数的增多而减小,并随着循环次数的增多,单轴抗压强度和弹性模量的减少量逐渐减少。通过分析对比石膏岩劣化参数变化率,得到干湿循环作用对石膏岩各个参数的劣化效果是不同的,其排序为:吸水率＞弹性模量＞单轴抗压强度＞孔隙度。     

循环加卸载下花岗岩强度变形及声发射特征

为了研究花岗岩在循环荷载作用下的强度、变形及声发射特征,采用MTS815岩石力学试验机开展了单轴和三轴循环加卸载试验。结果表明:三轴循环压缩下偏应力-轴向应变曲线的上凹现象和滞回环的迁移现象相比于单轴不太明显;峰值强度和峰值应变与围压间呈现良好的线性增长关系;单轴循环加卸载下,试样表现出柱状劈裂破坏,而在三轴循环加卸载下,试样则具有明显的剪切破坏特征;前5次的循环下加载、卸载段的弹性模量和泊松比都随着循环次数的增大而增大,而在最后一次加载段弹性模量有所降低;三轴循环下试样在最后一次加卸载破坏时产生的声发射振铃计数要明显少于单轴循环。此外,在单轴循环下,每一次加卸载阶段对应的损伤-时间曲线都会出现平台,而三轴下对应的损伤-时间曲线并未出现明显的平台,表明岩样损伤保持平缓增长。     

冻融循环下云母石英片岩三轴力学特性与强度预测模型

为探究云母石英片岩物理力学特性受冻融循环作用的影响,对饱水云母石英片岩开展了0、25、50、75、100次冻融循环试验,并对试样分别进行了4级围压下的常规三轴压缩试验,研究了其动弹性参数、三轴压缩破坏形式及三轴抗压强度的变化规律,取得如下成果:①随着冻融循环次数的增加,三轴抗压强度、动弹性模量、动剪切模量及动体积模量呈指数衰减,黏聚力及内摩擦角则呈线性衰减趋势;②随着冻融循环的进行,围压对试样强度的增大作用逐渐削弱,冻融循环对试样强度的劣化作用逐渐凸显;③冻融作用使云母石英片岩三轴压缩破坏形态由张拉破坏逐步演化为顺片理剪切破坏;④基于Jaeger破坏准则建立了一种以冻融循环次数、片理面倾角及围压为控制参数的斜交片理云母石英片岩三轴抗压强度预测模型,预测结果与实测数据具有较好的一致性。研究成果可为研究云母石英片岩冻融损伤劣化规律提供参考。     

华山花岗岩力学特性及能量演化规律研究

为了研究华山花岗岩的强度、变形特征以及能量耗散规律, 采用MTS815岩石力学试验机开展了单轴压缩和常规三轴压缩试验。结果表明:华山花岗岩表现出明显的脆性特征, 在三轴条件下应力应变曲线的上凹现象相比于单轴变得不明显; 随着围压的增加, 花岗岩的弹性模量和峰值应变不断增大, 但增加的速度逐渐变慢; 花岗岩的扩容阈值与围压近似呈线性关系; 单轴压缩条件下, 岩石内部储存的弹性应变能峰值后几乎瞬间都转化为耗散能, 劈裂破坏特征明显, 而三轴压缩下, 岩样的耗散能占吸收能的比例随围压提高逐渐增大, 表现为整体剪切破坏; 三轴压缩下的吸收能、弹性应变能以及耗散能都远大于单轴压缩下的对应值, 并且随着围压的增大而增大; 岩石破坏时的吸收能、耗散能以及储能极限均与围压存在良好的线性关系。     

金沙江中游某坝基软岩的崩解特性试验研究

针对软岩遇水易崩解、软化等特点,以金沙江中游某坝基软岩为例,选取右岸坝基具有代表性的8块泥质粉砂岩岩样,将每块岩样切割成3部分,分别进行干燥单轴抗压强度试验、室内干湿循环崩解和室外自然条件崩解试验。通过拍照和跟踪观察,记录岩样的初崩时间,并进行试验全过程崩解现象的描述,据此,定性地将崩解性由强到弱划分为完全崩解、中等程度崩解、不崩解3个等级。试验结束时,可直观地观察到室内和室外2种条件下岩样的最终崩解对比情况。之后,对室内浸水崩解试验结束后的岩样进行黏粒含量的测定。试验结果表明：干湿循环条件下岩样的崩解要比自然条件下彻底;所取岩样的初崩时间顺序、最终崩解情况与干燥单轴抗压强度、黏粒含量存在较好的相关性。由于软岩的不良物理现象,特别是其崩解性,将不同程度地增加工程施工的难度,对软岩崩解特性的研究,具有实际的工程意义。     

干湿循环对岸坡粉砂岩劣化作用试验研究

三峡库区30 m消落带的岩质岸坡是一个脆弱敏感地带,其岸坡岩体质量及其劣化规律日益成为人们研究的重点。选取三峡库区消落带巴东段某典型岸坡的紫红色粉砂岩为研究对象,通过现场钻探取芯、室内试样加工和“烘干-饱水”循环试验手段,对红层粉砂岩试样进行了单轴压缩和耐崩解试验研究。试验成果表明:研究区粉砂岩属于较坚硬岩,其单轴压缩强度随干湿循环次数增加而降低,经过20次干湿循环后,粉砂岩强度软化呈较软岩特征;粉砂岩具有高耐崩解性,耐崩解性指数I_d与循环次数N呈对数关系,I_d随N的增加而降低,I_d下降速率随N的增加呈放缓趋势发展;相同循环次数条件下,高程越高的粉砂岩试样其I_d越低。试验研究成果对三峡库区消落带岸坡岩体的劣化机理和岸坡稳定性分析等具有一定的参考价值。     

干湿循环作用下压实黄土三轴剪切特性试验研究

为研究干湿循环引起的压实黄土结构损伤对其应力-应变特征及三轴剪切强度的影响,对最优含水率条件下压实到干密度为1.7 g/cm3的黄土试样进行不同路径的干湿循环试验和三轴剪切试验.结果表明:干湿循环对压实黄土的三轴剪切特性影响显著,随着干湿循环次数的增加,压实黄土的应力-应变曲线先急剧下移,再逐渐上移,最后趋于稳定;干湿...