酸性环境干湿循环作用对泥质砂岩力学参数的劣化研究

针对降雨和库水位升降对库岸边坡消落带岩体力学参数的劣化问题,选取泥质砂岩进行不同p H水环境干湿循环作用下的单轴与三轴压缩试验,结合室内试验结果,应用广义Hoek–Brown准则求得不同地质强度指标评分(GSI)下岩体的单轴抗压强度、弹性模量、材料常数和黏聚力。研究表明:破碎程度越大的泥质砂岩受浸泡的溶液酸性越强、干湿循环次数越多,其力学参数劣化程度就越高;在同一个GSI评分下,泥质砂岩各个力学参数随p H值和干湿循环次数n的劣化效应排序有所差异,综合劣化效应最大为弹性模量,累积劣化效应最明显为黏聚力,其劣化系数与浸泡溶液的p H值、干湿循环次数的对数ln(n)成线性相关。基于上述研究提出了泥质砂岩力学参数与p H值、干湿循环次数n的三维劣化方程,为酸性环境干湿循环作用下现场岩体力学参数的获取以及边坡稳定性寿命的预测提供了理论依据。     

水温循环条件下千枚岩动态力学特性研究

对0°层理倾角千枚岩分别在温度循环自然降温、温度循环冷水降温、干湿循环3种水温劣化条件下开展1、3、5、8、11次劣化处理,而后采用分离式霍普金森杆(SHPB)试验系统开展水温循环条件下千枚岩动力学特性研究。结果表明：温度循环作用将有效缩短千枚岩应力-应变曲线的屈服阶段,干湿循环条件下千枚岩屈服阶段则较为明显,水温耦合作用后延性增强;千枚岩动态峰值抗压强度随着水温循环次数的增加不断减小,服从负指数分布规律;温度循环冷水降温、干湿循环水温耦合作用下千枚岩峰值抗压强度降幅大于温度循环自然降温作用下的抗压强度;千枚岩耗散能比随着水温循环次数的增加均呈动态增长的规律,因此水温循环对千枚岩耗散能比增幅具有放大效应;水温循环次数较少时,千枚岩发生贯穿层理面的压致张裂破坏;随着水温循环次数的增加,千枚岩破坏碎块数逐渐增多,碎块尺寸逐渐减小,分形维数不断增加,破坏模式也逐渐转为张剪破坏的复合破坏模式;水温耦合作用下,千枚岩更易产生多碎块破裂,碎块平均尺寸总体上更低。     

干湿循环作用下红砂岩动态拉伸力学性能试验研究

为研究干湿循环对岩石动态拉伸力学性能的影响,利用φ50 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对红砂岩试样进行动态巴西圆盘试验。结果表明:干湿循环对红砂岩动静态抗拉强度有明显的劣化作用,动静态抗拉强度随干湿循环次数的增加逐渐降低;在不同加载速率条件下,经历不同干湿循环次数后的红砂岩试样均存在一个临界加载速率bσ;当加载速率小于bσ时,红砂岩动态拉伸强度随加载速率的增加而提高,当加载速率超过bσ时,红砂岩动态拉伸强度基本保持不变;加载速率相同时,红砂岩动态拉伸强度随干湿循环次数的增加而逐渐下降,下降速度先快后慢。不同干湿循环次数后红砂岩破碎块度分形特征明显,分形维数为2.46~2.81,分形维数与加载速率呈对数增长关系。综合考虑干湿循环次数与加载速率的共同影响,给出了红砂岩动态拉伸强度的计算公式,可为岩土工程相关设计参数提供理论依据。     

水作用下砂岩断裂力学效应试验研究

 消落带是库岸边坡稳定的敏感地带,在库水位反复升降作用下,岩石的断裂韧度变化规律对库岸边坡的稳定性十分关键。以三峡库区典型库岸边坡砂岩为研究对象,针对库岸边坡消落带的实际赋存环境,设计长期浸泡和浸泡–风干循环作用2种试验方案。试验结果表明：(1) 长期浸泡和浸泡–风干循环作用下砂岩试样有明显“变软”的趋势,其断裂韧度、抗拉强度和抗压强度劣化趋势基本一致,劣化幅度在试验初期较为明显,后期逐渐趋于平缓;(2) 各力学参数劣化的幅度差别较大,其中,断裂韧度劣化最快,抗拉强度次之,抗压强度劣化相对较慢;(3) 比较而言,在浸泡–风干循环作用下,砂岩的各力学参数劣化趋势更加明显,说明在模拟库岸边坡消落带水–岩作用时,浸泡–风干循环作用是不可忽略的因素。研究成果对大量存在的库岸边坡稳定性分析具有重要参考价值,同时,相关试验方法也可以为类似试验提供参考。     

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。     

干湿循环对三峡库区岸坡砂岩力学特性的影响研究

三峡库区库岸边坡分布有大量的砂岩地层,在库水位升降和降雨的长期影响下,砂岩受到干湿循环作用的严重影响,岩体力学性能劣化,从而可能导致岩体失稳破坏。本文以长寿长江二桥桥头砂岩为研究对象,采用单轴压缩试验、三轴压缩试验对天然状态和干湿循环后的砂岩试件进行试验研究,得到干湿循环作用对岩体力学特性、破坏类型以及破坏模式的影响。结果表明：干湿循环后的砂岩抗压强度和弹性模量都显著下降,在单轴压缩条件下其破坏模式由天然状态下的剪切破坏转变为劈裂破坏,而在三轴压缩条件下其破坏模式仍为剪切破坏,但内摩擦角和粘聚力均有一定程度的降低。在长寿长江二桥桥头的桥基施工中,应注意对基坑开挖后的裸露边坡进行及时覆盖,并做好排水措施。     

基于孔结构的单面冻后混凝土抗压强度模型研究

通过单面冻融试验,研究了介质和冻融循环次数对混凝土抗冻性能和微观孔结构的影响规律.使用盒维数建立了混凝土单面冻融循环后的孔径分布分形模型,分析了分形维数与抗压强度的关系,建立了基于复合孔参数、分形维数的多因素抗压强度模型.结果表明：在不同冻融介质条件下,混凝土表观形貌、质量损失、相对动弹性模量、抗压强度、抗冻耐久性系数和孔参数随着冻融循环次数的增加逐渐劣化,盐冻对混凝土损伤程度大于水冻;混凝土孔径分布分形维数随着冻融循环次数的增加逐渐减小;在单面冻融循环过程中,混凝土孔参数演化分为初期、中期、后期3个阶段,中、后期对冻融循环作用较敏感的孔参数分别为气孔平均弦长和气孔比表面积、含气量和气孔间距系数;多因素抗压强度模型与复合孔参数、分形维数之间的回归效果显著,可以准确地描述水、盐单面冻融循环前后混凝土抗压强度与孔结构的定量关系.     

酸性干湿循环对泥质砂岩强度特性劣化影响研究

 为了研究酸性干湿循环对泥质砂岩强度特性劣化的影响,以重庆三峡地区某边坡的泥质砂岩为研究对象,对不同酸性(pH = 3)干湿循环次数n(0,1,5,10,15,20)作用的泥质砂岩试件进行室内单轴、三轴压缩试验及电镜扫描观察,并借助离散元软件PFC2D对三轴压缩试验峰值强度状态时试件的颗粒接触、裂纹分布进行模拟。研究发现,泥质砂岩的单轴抗压强度?、弹性模量E、黏聚力c、内摩擦角?和三轴抗压强度?′都随n的增加而降低。n = 1时?,E,c和?的阶段劣化度最大,酸性干湿循环作用对c的劣化影响要大于对?的劣化影响。泥质砂岩微细观形态随n的增加大致经历整齐致密、多孔团絮和开裂紊流3个阶段。此外,在三轴压缩试验峰值强度时,n的增加对泥质砂岩试件颗粒接触网络,微裂纹的发育、试件破坏模式等都影响显著。     

不同饱和度冻融砂岩动态冲击压缩特性及损伤机制研究

为研究饱和度对冻融砂岩动态冲击压缩特性的影响,以饱和度0%,25%,50%,75%和100%的红砂岩为研究对象,分别进行0,25和50次冻融循环后进行动态冲击压缩试验。结果表明：在相同冻融循环次数下,随饱和度的增加,岩样内部冻融损伤作用逐渐加剧,冻融岩样的动态力学性能劣化幅度随饱和度的增加持续增大;当饱和度相同时,随冻融循环次数的增大,岩样的动态力学性能逐渐劣化,表现为峰值强度减小,峰值应变和分形维数增大。饱和度对冻融岩样动态力学性能的影响高于冻融循环次数的影响。当饱和度低于25%时,冻融循环次数的增加对岩样动态力学性能的劣化程度较小;饱和度大于25%时,随冻融循环次数的增加,岩样内部冻融损伤逐渐累积,动态力学性能下降,且饱和度越大,动态力学性能劣化越显著。随饱和度的增加,冻融岩样内部损伤加剧,出现孔隙、沿晶裂隙和穿晶裂隙,岩样基质颗粒之间的胶结能力减弱,导致冲击荷载作用下岩样的破碎程度增加,分形维数增大,能量利用率下降。     

不同劣化作用对混凝土力学性能的影响

为探讨混凝土力学性能在不同劣化作用下的变化规律,对3种类型混凝土分别在冻融循环、干湿循环、碳化和氯盐侵蚀条件下的抗压强度和动弹性模量进行了试验研究,结果表明:不同劣化作用对混凝土力学性能的影响机理不同,冻融循环对混凝土力学性能损伤较大,冻融循环300次时,3种混凝土抗压强度损失率依次为30.1%、51.4%、23.3%,动弹性模量损失率依次为2.8%、10.1%、21.6%,氯盐侵蚀和短期内的干湿循环对混凝土的力学性能损伤不明显,而碳化对混凝土力学性能有促进作用。标准养护条件下混凝土抗压强度与动弹性模量具有较好的相关性,但在不同劣化因素作用下,这种相关性随混凝土类型、劣化因素类型而发生改变。     

酸碱环境干湿循环作用下砂岩抗剪强度劣化规律研究

为研究酸碱环境中砂岩在干湿循环作用下抗剪强度的劣化规律,在浸泡溶液p H值分别为7,9,4的环境中,对砂岩试件进行次数为1,3,6,10次的干湿循环试验。通过不同循环次数后的单轴和三轴试验,计算得到每个阶段循环后砂岩的黏聚力和内摩擦角及其与干湿循环次数N的变化关系式,从而获得砂岩在不同p H值干湿循环作用下抗剪强度随循环次数的变化公式。结果表明,砂岩的抗剪强度随着循环次数的增加而降低,在干湿循环作用前期,受影响较为显著,抗剪强度降幅很大,而后,强度降幅相对较小;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;干湿循环后的干燥试件抗剪强度劣化幅度远不如湿状态下的劣化幅度。     

海洋侵蚀环境下超高性能混凝土的力学与耐久性能研究

通过加速劣化试验方法研究了超高性能混凝土（UHPC）在模拟海洋侵蚀环境下的力学和耐久性能。结果表明：海水养护下UHPC的力学性能受开始浸泡时间的影响较小，长期力学性能发展比较稳定；UHPC具有良好的适应性和耐久性能，冻融循环对UHPC性能的影响相对较大，但介质类型对其性能的影响较小；随着硫酸盐干湿循环次数的增加，UHPC的相对动弹性模量和抗压强度耐蚀系数先增加后降低，质量损失增加；硫酸盐干湿循环会导致UHPC表面露出的钢纤维锈蚀，但内部结构无损伤，钢纤维与基体结合紧密。     

不同溶液及干湿循环作用下砂岩宏细观损伤效应试验与模型研究

云冈石窟在降雨的反复作用下处于干湿循环的状态，其力学性质受到不同程度的劣化，将直接影响到石窟区砂岩的强度变形。以砂岩为研究对象，设计并进行不同溶液及干湿循环试验，建立宏观损伤统计本构模型，并结合SEM扫描电镜对细观结构损伤进行研究。研究表明：砂岩在干湿循环作用下，酸性环境对砂岩的劣化作用相对于中性环境更大；干湿循环初期发生劈裂破坏，后期逐渐演变为劈裂破坏和剪切破坏的结合；微观结构上均遭到一定程度的破坏，但酸性环境更明显。此研究为不同环境干湿循环作用下砂岩类文物的保护修复指导工作提供了理论依据，对于深入认识云冈石窟劣化损伤机理具有十分重要的意义。     

干湿循环效应下裂隙性黄土单轴压缩力学特性

通过系统开展干湿循环效应下裂隙性黄土的单轴压缩试验,对干湿循环效应下裂隙性黄土的裂隙演化规律与单轴压缩力学特性进行了深入探讨。结果表明:不同倾角试样表面裂隙率R_sc与分形维数D_f均随干湿循环次数增加逐渐增大,但增速逐渐减缓;干湿循环效应对裂隙性黄土单轴压缩应力 应变曲线的类型及特征无显著影响;应力 应变曲线的初始斜率随干湿循环次数增加逐渐降低;不同倾角试样单轴压缩应力-应变曲线均表现为软化型,其中45°倾角试样的应力 应变曲线表现出“双峰”变化规律;不同倾角试样单轴抗压强度均随干湿循环次数增大表现出减速衰减特征;不同干湿循环次数下裂隙性黄土单轴抗压强度与裂隙倾角关系曲线均呈现出“双V”变化特征。     

干湿循环作用下砂岩蠕变损伤及本构模型

为了探究干湿循环次数对砂岩蠕变力学及损伤特性的影响,对砂岩进行了干湿循环0,5,10,15,20次下的常规单轴加载和蠕变试验,结果表明:经干湿循环过后,砂岩的强度、弹性模量等各项力学指标均较天然状态下有不同程度的降低;在低干湿循环次数下,砂岩的蠕变破坏应力值达到了短期峰值应力的80%,而在高循环次数下,蠕变破坏应力仅为短期峰值应力的60%;干湿循环次数越多,砂岩蠕变软化特征越明显,且砂岩的初始损伤越大,在同等时间内,蠕变损伤发展越迅速,蠕变破坏时间越短;长期强度与短期强度的比值随干湿循环次数的增加而递减;基于试验结果,建立了考虑干湿循环作用初始损伤以及蠕变时效损伤的分数阶非线性本构模型,该模型可以很好地模拟和预测不同干湿循环作用后岩石的蠕变损伤及变形发展情况。     

“饱水-风干”循环作用下砂岩损伤劣化规律研究

水库正常运营过程中,将周期性的进行蓄水、排水,库岸边坡部分岩体处于“饱水-风干”的循环状态,将造成岩体性质劣化.据此,在以往研究的基础上,对循环加卸载砂岩损伤试样进行了“饱水-风干”循环作用试验,试验结果表明,在“饱水-风干”循环过程中,砂岩损伤试样的纵波波速、回弹值和单轴抗压强度均逐渐劣化,而且规律明显.水压力的升、...     

硫酸盐和干湿循环作用下玄武岩纤维混凝土劣化规律

盐湖、盐渍土地区水位变幅区的混凝土材料劣化问题突出。该文开展不同质量浓度硫酸盐溶液干湿循环侵蚀作用下玄武岩纤维混凝土侵蚀试验、材料力学试验和微观测试,测试分析混凝土试件抗压强度、劈裂抗拉强度、质量变化、相对动弹性模量等参数的演变规律,揭示不同浸泡浓度及龄期下玄武岩纤维混凝土的劣化机制;结合混凝土试件侵蚀后的表观形态和细观结构特征,研究不同侵蚀周期下掺玄武岩纤维混凝土的细观结构演变机理。结果表明：掺入长度6mm玄武岩纤维的混凝土抗压及劈裂抗拉强度增强效果优于长度12mm纤维;硫酸盐和干湿循环侵蚀作用下玄武岩纤维混凝土劣化规律受硫酸盐溶液浓度、干湿循环次数和纤维掺量3个因素协同作用影响,干湿循环作用下硫酸盐侵蚀产物主要为石膏型侵蚀和钙矾石型侵蚀。掺玄武岩纤维混凝土抗硫酸盐侵蚀能力明显优于于素混凝土。     

干湿循环与化学溶蚀作用下玄武岩传质-劣化过程的试验研究

库区消落带岩体受持续干湿循环作用,导致岩体风化加剧,力学性质随之劣化。以玄武岩为研究对象,分别开展pH=3,7,11溶液条件下的干湿循环试验,探讨溶液pH值及循环次数作用下玄武岩单轴抗压强度的劣化规律。通过溶液化学成分检测,分析3种pH条件下的水岩传质过程。基于玄武岩溶解动力学机制,研究非平衡态与平衡态时的强度劣化与传质过程。研究结果表明:3种溶液环境下试件单轴抗压强度均随循环次数的增加而降低,不同pH溶液环境中,其劣化效应在前期存在显著差异,酸性劣化程度最大,中性次之,碱性最弱,这种差异性在后期逐渐减小,最终3种溶液环境下的劣化程度相当;酸、碱溶液中的水岩化学反应经历了从非平衡态到平衡态的转变,中性溶液中的水岩化学反应始终处于非平衡态;不同pH值溶液中的非平衡态反应过程一致,玄武岩中元素释放顺序为:Ca,Al,Si,平衡态反应过程中Al在固相表面发生沉淀与置换,沉淀将抑制Si元素的释放,而置换将促进Si元素的释放;中性溶液中的岩石强度劣化程度受控于非平衡态的全等溶解反应,酸性与碱性溶液中,岩石强度劣化在前期受到Al沉淀形成速度的影响,后期受到Al置换作用影响。研究成果可为合理评价玄武岩库岸边坡长期稳定性提供科学依据。     

冻融环境下不同饱和度砂岩损伤演化特征研究

为探究冻融环境下不同饱和度砂岩的损伤演化规律,通过冻融循环、CT扫描和单轴压缩试验,结合三维可视化软件及分形理论,对冻融过程中自然含水、不完全饱水和完全饱水砂岩的孔隙率、渗透率、孔喉参数、分形维数及宏观力学指标的演化过程进行定量分析。结果表明:(1)冻融作用下含水饱和度决定了岩样冻融损伤的程度,完全饱水砂岩损伤劣化最为剧烈,自然含水状态损伤程度最低,饱和度是造成岩石冻融损伤的主因;(2)完全饱水砂岩细观结构具有高度非均质性,其孔隙率、渗透率、孔隙参数、喉道参数及分形维数均随冻融次数增加呈指数型增长,自然含水和不完全饱水状态呈直线型增长,孔隙率、渗透率均与分形维数成正相关,冻融损伤为产生小孔隙和增加原喉道长度;(3) 3种含水状态砂岩强度、弹性模量随冻融次数增加均呈直线型降低,150次冻融后,完全饱水岩样强度下降了98.53%,分别是自然含水、不完全饱水的1.68和1.26倍,宏观力学强度与孔隙率、分形维数成负相关,岩石细观结构是影响宏观力学特性的关键;(4)初始冻融荷载损伤变量即为对应冻融次数下的冻融损伤变量,损伤演化曲线有明显的阶段特征,加载过程中损伤变量由下凹形上升到上凸形增长再到平缓增加。研究成果将为科学评价寒区冻融环境下岩体工程的长期稳定性提供理论依据。     

模袋混凝土干湿-冻融侵蚀孔结构的分形特征

为探究干湿-冻融循环作用下模袋混凝土损伤特征,基于扫描电镜(SEM),结合差分盒维数法,计算得到了其分形维数的微观损伤演化特征;又基于核磁共振试验(NMR)的T2谱计算了孔隙体积的分形维数,发现孔隙结构具有分形特征,并推导了孔隙度、渗透率与分形维数之间的数学关系;进一步,结合分形理论,以相对动弹性模量为损伤指标,建立了...