多孔岩石冻融水分迁移损伤机制及试验验证

为研究多孔岩石在冻融过程中孔(裂)隙内部水分迁移导致的冻融损伤问题,对薄膜水压–吸平衡状态展开分析,发现液压的主要作用是抵消和平衡净吸力,给出压力变量和吸力变量之间的转换系数λ,认为表面吸附力来自于净吸力和抵消因子λPLy之差。基于毛细理论,推导出孔隙水冻结温度方程,给出冻结大孔薄膜水的受力状态。并针对抗冻性较差的"主干–旁枝型"孔隙结构,建立毛细–薄膜水分迁移单元模型,给出特征孔隙的应力分布、迁移方向和迁移路径。研究结果表明,冻结主干孔内部薄膜水受到的净吸力和液压均最大,净吸力驱使次级孔和微孔中的毛细水和薄膜水向主干孔迁移,而液压的增大导致主干孔启裂扩展以及结构破坏。最后,选取侏罗–白垩系粉砂质软岩为试验对象,开展颗粒分析、扫描电镜和低场核磁共振试验,分析粉砂岩的矿物成分、孔隙结构、以及孔隙分布,并根据冻融过程中T_2谱的变化特征验证了毛细–薄膜水分迁移单元模型的正确性。