受酸腐蚀砂岩力学性质及孔隙结构变化研究

为研究酸性环境下砂岩的力学性质以及孔隙结构的变化,对酸液腐蚀后的砂岩进行了单轴压缩试验和孔隙率的计算,探讨了腐蚀时间和酸液浓度对砂岩力学参数和孔隙率的影响。结果表明:酸性溶液对砂岩腐蚀情况显著,浸泡后,砂岩孔隙率增大,电镜扫描图孔隙面积明显增加,且溶液浓度越大,腐蚀时间越长,孔隙体积越大;受酸腐蚀砂岩单轴抗压强度和弹性模量降低显著,试验结束后,pH=1硫酸溶液和pH=3硫酸溶液砂岩单轴抗压强度分别降低31.59%和26.99%,弹性模量分别降低64.46%和62.26%;基于次生孔隙率,构建化学损伤变量,并建立了化学损伤变量同力学参数的关系式;砂岩力学参数的降低与次生孔隙率的变化具有较好的一致性。     

化学腐蚀和高温作用后白砂岩物理损伤及力学性能的试验研究

研究了化学腐蚀及高温作用对福建宁德白砂岩的物理、力学性能的影响。白砂岩试件在HNO3溶液中浸泡90 d后取出进行高温加热,加热温度分别为200、400、600及800℃。对试件进行物理参数及单、三轴压缩作用下力学性能的测定,分析化学腐蚀及高温作用对白砂岩应力-应变曲线、峰值应力、弹性模量等的影响。研究表明:化学腐蚀及高温作用对白砂岩物理、力学性能的影响并不相同。HNO3溶液浸泡及高温引起白砂岩内部结构损伤,增大了孔隙率,导致弹性模量减小。另一方面,化学损伤及高温加热对白砂岩试件的四阶段应力-应变曲线形态也有影响,峰值应力损失率随温度升高而升高。此外,与单轴压缩相比,三轴压缩过程中的围压对于岩石的受力性能有利,对于单轴压缩,酸浸泡及高温作用在损伤岩石物理性质的同时也对其力学特性有不利影响,峰值应力损失率与弹性模量损失率基本成线性关系;对于三轴压缩,只有当弹性模量损失率大于14%时,岩石的峰值应力才受损,反之,峰值应力不降反升。     

历经荷载后受硫酸盐侵蚀的混凝土力学性能

通过对历经荷载后受硫酸盐侵蚀的混凝土进行单轴压缩试验,研究了荷载水平和溶液浓度对混凝土力学性能变化规律及侵蚀机理的影响,并与历经荷载后受硫酸盐侵蚀高强混凝土的力学性能进行了对比分析。分析结果表明:随荷载水平的增大,未侵蚀试件的峰值应力、弹性模量和峰值应变均有减小趋势,而受浓度为5%和10%侵蚀试件的峰值应力和弹性模量均减小,峰值应变增大;相同荷载水平时,随溶液浓度的增大,混凝土的峰值应力和弹性模量减小,峰值应变增大;随着荷载水平和溶液浓度的增大,普通混凝土和高强混凝土的应力-应变曲线均有变饱满的趋势,普通混凝土的主要力学指标比高强混凝土变化更显著。研究结果可为在硫酸盐侵蚀环境下的受损伤混凝土结构设计提供一定的参考依据。     

干湿循环和化学腐蚀共同作用下单裂隙非贯通试样力学特征的试验研究

以水库库岸边坡消落带节理岩体的实际赋存环境为背景,采用在类岩石材料中预制裂隙的方法来模拟节理岩体,通过干湿循环试验的方法,研究了裂隙试样在酸性Na_2SO_4溶液、中性Na_2SO_4溶液和碱性NaOH溶液中浸泡并经历干湿循环作用后的力学特性和破坏特征,分析了浸泡在不同化学溶液中的裂隙试样在经历不同干湿循环作用后其力学特征的变化规律。研究结果表明:自然及不同化学溶液下裂隙试样的峰值强度和弹性模量随着裂隙倾角的增加均呈现出先减小后增大的变化规律。不同化学溶液和干湿循环共同作用下裂隙试样的劣化程度逐渐加剧,其峰值强度和弹性模量随干湿循环次数的劣化规律基本一致,但不同裂隙倾角下其劣化程度却存在一定的差异,其中裂隙倾角为45°时,试样的劣化程度最大,90°和30°时居中,而60°和0°时最小。酸性化学溶液加剧了裂隙试样的干湿损伤劣化程度,而碱性化学溶液对裂隙试样却存在一定的抑制作用。完整试样和裂隙倾角为90°试样的破坏特征基本相似,为张拉破坏模式;0°时裂隙试样呈现为"H"型的张拉破坏模式;在30°和45°时其呈现出张剪混合破坏;60°时为剪切破坏。     

高强混凝土经轴压和硫酸盐侵蚀后的力学性能

对经历不同程度轴压荷载的高强混凝土试件(尺寸为100 mm SymboltB@ 100 mm SymboltB@ 300 mm)进行硫酸盐长期浸泡和干湿循环试验,并在180 d侵蚀后对其进行单轴压缩试验。分析不同侵蚀方式下,硫酸盐浓度大小及历史荷载水平对峰值应力、峰值应变、弹性模量、应力-应变曲线等的影响。结果表明：在相同历史荷载水平下,随着硫酸盐溶液浓度的增加,侵蚀方式是长期浸泡时,峰值应变先减小后增加,峰值应力、弹性模量则先增大后减小;而侵蚀方式是干湿循环条件时,随硫酸盐溶液浓度的增大,峰值应变持续增加,峰值应力、弹性模量则不断减小。在相同硫酸盐溶液浓度下,随着历史荷载的增大,长期浸泡及干湿循环侵蚀方式下,其峰值应变均增加,峰值应力及弹性模量均降低。引入叠加效应系数K来表征硫酸盐侵蚀与单轴历史荷载作用2个因素的联合交互作用,分析表明,荷载历史与硫酸盐腐蚀联合作用对混凝土的损伤起到相互促进的作用。     

酸性溶液腐蚀后花岗岩力学特性试验研究

以福建省安南市水头镇花岗岩为研究对象,研究了花岗岩在不同酸性溶液(p H=1,p H=3,p H=5)中浸泡不同时间(30d,60d,90d)后单轴压缩下的基本力学特性。使用扫描电子显微镜(SEM)观察破坏后的花岗岩矿物形貌,并对破坏后的花岗岩进行X射线衍射(XRD)分析其衍射图谱获得试样成分。探讨化学溶液腐蚀后的花岗岩微观破坏情况。试验结果表明:化学腐蚀后的花岗岩物理力学特性均发生不同程度的劣化,随着p H值的减小,花岗岩试块杨氏模量减小,峰值应力减小;随着腐蚀时间的增加,试块杨氏模量减小,峰值应力减小。观察SEM图像得知,随着腐蚀时间和溶液酸性的增大,花岗岩矿物晶体之间的连接变弱。     

考虑水软化-化学风化作用的岩石单轴压缩试验离散元模拟

西南地区以岩石地形为主,较为潮湿。而岩石在工程长期运行中,会受到水和化学风化作用的影响,分别表现出软化、强度降低以及力学性能劣化的特性。因此研究岩石在水、化学风化作用影响下的力学性质极其重要。本文采用离散单元法(DEM)模拟水软化-化学风化因素作用下岩石的单轴压缩试验,得到应力应变曲线以及破坏后微观信息图,从宏微观角度分析岩石受水、化学风化作用下力学性质,破坏模式的变化。模拟结果表明:随着岩石饱和度的增加,岩石的峰值强度、弹性模量不断减小,破坏模式由压剪扭破坏为主逐渐转变为拉剪扭破坏为主;随着化学风化程度增大,岩石峰值强度也随之减小,脆性破坏特征越来越不明显,与室内试验结果相吻合。     

泥页岩浸水力学特性试验研究

为研究泥页岩遇水软化后力学特性变化,进行了泥页岩不同浸水时间下的常规三轴压缩试验,分析了浸水后岩石的应力-应变关系,研究了泥页岩水劣化力学参数变化规律研究。结果表明随着浸水时间的延长,试样的强度和弹性模量降低幅度较大,浸水对泥页岩的摩擦角影响较小,对黏聚力影响显著;试样破坏形式逐渐由脆性张拉劈裂破坏转变为拉剪破坏的混合破坏形式,软化作用越来越明显。岩石浸水时间对其强度、变形及破坏形式有较为明显的影响。研究结果可为该类岩体的岩土力学参数取值或力学分析提供参考。     

裂隙-荷载耦合作用下砂岩强度变形细观损伤机理研究

通过岩石力学伺服试验机，对完整砂岩与裂隙砂岩进行单轴压缩试验与单轴循环加卸载试验，探究荷载－裂隙共同作用下砂岩力学性质的演化规律。试验结果表明:循环荷载作用对完整砂岩与含预制裂隙砂岩的力学性质有显著的强化作用；随着循环周数增加，试样弹性模量呈现出“强化”现象，且第一周加卸载循环对弹性模量的强化作用最为显著。结合试样的细观损伤机理，分析了初始抗压强度、加载路径、应力状态与宏观缺陷等条件对循环荷载下峰值强度演化规律的影响，并阐明了弹性模量“强化”现象的细观机理。     

砂岩在化学腐蚀和冻融循环共同作用下力学特征劣化的试验研究

通过冻融循环试验的方法,研究砂岩在不同化学溶液下经冻融循环后的损伤劣化机制和力学特性,分析了砂岩在不同化学溶液中经历不同冻融循环次数后,单轴压缩和三轴压缩下力学性能的变化规律;初步分析了化学腐蚀和冻融循环共同作用对砂岩的损伤劣化机理;同时,定义了损伤变量来定量分析砂岩的损伤劣化程度。试验结果表明:浸泡在0.1 mol/L(H_2SO_4)、0.1 mol/L(NaOH)和p H=7.0蒸馏水中,随着冻融循环次数的增加,砂岩试样的峰值强度和弹性模量均呈指数函数劣化,而其轴向峰值应变却呈指数函数增加。砂岩的损伤程度随着冻融循环次数的增加而逐渐增大;在H_2SO_4溶液中砂岩的损伤劣化程度大于NaOH和pH=7.0蒸馏水;H_2SO_4溶液加剧了砂岩的冻融损伤劣化,而0.1 mol/L(NaOH)溶液对砂岩试样的冻融损伤劣化却有一定的抑制作用。化学腐蚀和冻融循环共同作用下,水化学溶液虽然在一定程度上缓解冻融循环所引起岩石的损伤劣化,但同时岩石遭受着水化学溶液的腐蚀作用;水化学溶液与冻融循环的共同作用对岩石的损伤劣化是相互促进的,共同影响着砂岩的损伤劣化。     

清水及硫酸溶液浸泡下花岗岩残积土强度演化特征研究

为了揭示不同浸泡环境下花岗岩残积土的强度演化特征,考虑到花岗岩残积土的结构损伤与介质溶解,以不同硫酸溶液浓度和浸泡时间作为试验变量,开展清水及硫酸溶液浸泡下试样的波速测试、快剪试验以及质量测试。研究表明:试样浸泡在清水中时,其黏聚力、内摩擦角和纵波波速均随浸泡时间增加呈指数衰减,28 d～40 d后稳定,硫酸溶液中则随硫酸浓度增加呈指数衰减,浓度增加到5%后趋于稳定;分别以黏聚力、内摩擦角和纵波波速的定义损伤变量,在清水浸泡下随浸泡时间增长而增大,浸泡28 d～40 d后稳定,在硫酸溶液浸泡下随硫酸浓度增加而增大,浓度增加到5%后趋于稳定;黏聚力和纵波波速演化特征相似,可通过纵波波速推算黏聚力。     

非贯通节理岩体单轴压缩试验研究

对不同节理倾角、不同节理连通率的预制节理圆柱形岩体试样进行单轴压缩试验。结果表明:试样的强度、变形特性及破坏模式与节理构造形态密切相关;在不同节理连通率下,不同角度的非贯通节理试样的力学特性均表现出各向异性特征,随着节理连通率的增大,各向异性特征越来越明显,岩体峰值强度逐渐下降,岩体在弹性阶段的最大弹性模量也逐渐降低;相应地,试件的破坏模式也变得更加复杂,随着节理连通率的增大,应力-应变曲线的斜率逐渐减小,曲线出现多个峰值,且有较明显的屈服平台;非贯通节理岩体峰值强度和弹性模量随节理连通率的非线性变化规律,可分别采用二次和三次多项式函数表示,其系数与节理倾角有关;非贯通节理试样的裂纹变化特征与节理连通率、节理倾角有着密切的联系。     

化学腐蚀和干湿循环作用下砂岩I型断裂韧度及其强度参数相关性的研究

以三峡库区典型的库岸边坡消落带节理砂岩体的实际赋存环境为背景,采用在砂岩中预制I型裂隙的方法来模拟节理岩体,根据工程实际设计饱水-风干循环试验方案,研究了浸泡在不同化学溶液中的I型裂纹砂岩在干湿循环作用下的力学特性及损伤劣化机理,分析了经不同化学溶液和干湿循环作用后试样的物理力学特性随干湿循环次数的劣化规律。研究结果表明：化学溶液和干湿循环作用后砂岩试样呈现出明显的弱化趋势;试验初期,强碱性溶液下砂岩试样的干湿劣化程度最小,但随着干湿循环次数的增加,强碱性溶液下砂岩试样的干湿劣化程度逐渐加剧,仍小于酸性溶液下的,但大于中性溶液下的。化学干湿循环作用后,砂岩试样各力学特征的损伤劣化程度存在明显的差异,其中断裂韧度K_IC的劣化程度较大,抗拉强度居中,而抗压强度最小。化学干湿循环作用后砂岩的断裂韧度与抗压强度、抗拉强度间存在明显的线性关系。砂岩各力学特征的劣化程度与其相应的化学溶液中溶出离子浓度的大小、试样物理参数的劣化程度之间具有某一对应关系,同时,得到砂岩试样物理力学参数与损伤变量和钙镁离子浓度之间统计上的关联关系。并且,可以利用不同化学溶液和干湿循环作用下砂岩试样的裂纹扩展半径来间接说明其力学特征发生损伤的劣化程度。     

化学腐蚀和干湿循环作用下砂岩Ⅰ型断裂韧度及其强度参数相关性的研究

以三峡库区典型的库岸边坡消落带节理砂岩体的实际赋存环境为背景,采用在砂岩中预制Ⅰ型裂隙的方法来模拟节理岩体,根据工程实际设计饱水-风干循环试验方案,研究了浸泡在不同化学溶液中的Ⅰ型裂纹砂岩在干湿循环作用下的力学特性及损伤劣化机理,分析了经不同化学溶液和干湿循环作用后试样的物理力学特性随干湿循环次数的劣化规律。研究结果表明:化学溶液和干湿循环作用后砂岩试样呈现出明显的弱化趋势;试验初期,强碱性溶液下砂岩试样的干湿劣化程度最小,但随着干湿循环次数的增加,强碱性溶液下砂岩试样的干湿劣化程度逐渐加剧,仍小于酸性溶液下的,但大于中性溶液下的。化学干湿循环作用后,砂岩试样各力学特征的损伤劣化程度存在明显的差异,其中断裂韧度KIC的劣化程度较大,抗拉强度居中,而抗压强度最小。化学干湿循环作用后砂岩的断裂韧度与抗压强度、抗拉强度间存在明显的线性关系。砂岩各力学特征的劣化程度与其相应的化学溶液中溶出离子浓度的大小、试样物理参数的劣化程度之间具有某一对应关系,同时,得到砂岩试样物理力学参数与损伤变量和钙镁离子浓度之间统计上的关联关系。并且,可以利用不同化学溶液和干湿循环作用下砂岩试样的裂纹扩展半径来间接说明其力学特征发生损伤的劣化程度。     

单轴压缩下不同裂隙张开度岩石破坏数值模拟

为了研究不同张开度裂隙岩体单轴压缩过程中的力学特性,以裂隙试样室内试验结果标定岩体细观参数,采用改进刚体弹簧元法对不同张开度裂隙试样压缩破坏过程进行数值模拟。结果表明:试件峰值强度随着裂隙张开度的增大表现出先增大后减小,最后维持稳定的规律;根据微裂纹起裂位置,将不同张开度裂隙岩体破坏模式总结为3类,并得出最终失稳破坏本质上都是由张拉所致的结论;随轴向应变增加,试件内部微裂纹的发育速度逐渐提高,但剪切裂纹数量远小于张拉裂纹;最后通过位移场演化规律从细观层面揭示了微裂纹开裂的力学机理。     

基于改进刚体弹簧方法的断续双裂隙砂岩强度及裂纹扩展特征研究

为研究含非共面双裂隙砂岩的强度及裂纹扩展特征,以室内试验结果标定砂岩细观参数,建立含不同岩桥倾角的双裂隙数值计算模型,采用改进刚体弹簧方法对其单轴压缩过程进行模拟。基于模拟结果,研究了岩桥倾角对起裂应力、峰值强度、破坏模式和裂纹扩展特征的影响。结果表明:岩桥倾角60°,起裂应力和峰值强度均随岩桥倾角增大而减小,岩桥倾角60°,均随岩桥倾角增大而增大;根据岩桥倾角不同,裂隙试样破坏模式呈现单一翼裂纹轴向贯通破坏、翼裂纹与翼裂纹搭接贯通破坏和翼裂纹与预制裂纹搭接贯通破坏3种类型;岩桥倾角对岩桥破坏程度有影响,60°岩桥贯通最易,0°和120°岩桥贯通最难。研究结果可为岩土工程的稳定分析提供参考。     

酸性溶液作用下岩石浸泡时间尺度及劣化预测模型研究

为了研究水岩作用对岩体劣化的影响,针对在pH值较低的溶液中试样浸泡效果不明显、浸泡时间长,且长时间浸泡对结果影响较大等问题,以三峡库区库岸边坡砂岩为研究对象,基于不同pH值的化学溶液对岩石的侵蚀作用,对岩石浸泡时间尺度问题及浸泡损伤后的强度模型展开研究。以H~+物质的量为指标,运用高浓度的硫酸溶液在较短时间内对低浓度的反应速度和低浓度溶液在较长时间内的化学侵蚀效果做出模拟。同时,分析了浸泡时间周期对砂岩试样的影响,得到了砂岩腐蚀浸入深度与浸泡时间的关系。结果表明:当拟合次数达到4阶时,拟合曲线已基本和数据点重合,说明采用高浓度硫酸溶液的反应来模拟低浓度酸溶液与岩体的反应是可行的;对于较低的pH值,按小时统计的H~+物质的量的变化量的变化显得缺乏规律;随着浸泡时间的增加,H~+反应面由表及里逐渐深入,浸入路径也不断拉长,导致腐蚀浸入速率也逐渐放缓。砂岩的强度参数对岩石劣化损伤模型的准确性验证分析表明,预测模型能较好地反应岩体劣化后强度的变化趋势。     

高性能混凝土本构关系研究

本文主要介绍了高性能混凝土和普通混凝土在无减摩和减摩情况下的本构关系试验比较结果，着重对抗压极限强度、峰值压应变、应力 应变关系、弹性模量、泊松比、初裂应力等进行分析比较。研究表明:高性能混凝土与普通混凝土相比，压缩弹性阶段较长，弹性模量较高，两种混凝土峰值压应变、泊松比较接近，初裂应力都较大；减摩措施降低了这两种混凝土的抗压强度测值、普通混凝土的初裂应力和弹性模量测值，但减摩对高性能混凝土弹模影响不大，且提高了高性能混凝土的初裂应力。     

高性能混凝土本构关系研究

本文主要介绍了高性能混凝土和普通混凝土在无减摩和减摩情况下的本构关系试验比较结果，着重对抗压极限强度，峰值压应变，应力－应变关系，弹性模量，泊松比，初裂应力等进行分析比较。研究表明：高性能混凝土与普通混凝土相比，压缩弹性阶段较长，弹性模量较高，两种混凝土峰值压应变、泊松比较接近，初裂应力都较大；减摩措施降低了这两种混凝土的抗压强度测值，普通混凝土的初裂应力和弹性模量测值，但减摩对高性能混凝土弹模影     

含预制椭圆孔大理岩强度及破裂机理研究

为研究椭圆孔长轴与水平轴夹角(α)和短轴与长轴比值(k)对大理岩试样强度及破裂机理的影响规律,利用RTX多功能岩石三轴测试系统对含预制椭圆孔的大理岩进行了单轴压缩试验,并借助数字散斑应变量测方法对试样表面最大主应变场变化过程进行记录。研究发现:随着α的增大,试样平均峰值强度和弹性模量随之增大,裂纹类型从主裂纹向次裂纹过渡,试样破坏模式从张拉破坏向剪切破坏过渡;随着比值k的增大,试样平均峰值强度和弹性模量出现波动变化现象,裂纹类型由Ⅰ型主裂纹向Ⅱ型主裂纹转变,试样破坏模式为拉剪混合破坏,拉裂纹占比不断提高;当比值k较小时,夹角α对试样性质影响较大,随着比值k的不断增加,夹角α的影响越来越小。