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水化学溶液浸蚀下砂岩细观剪切破坏机理试验研究

吴慧  
【摘要】:岩体工程在运行期内不仅受到载荷作用,还受到所处环境水化学溶液的浸蚀作用。水化学溶液浸蚀作用的累积效应往往使岩体矿物成分、结构及其力学性质发生变化,对岩体工程的长期稳定性造成威胁。因此,本文针对岩体工程中易于发生的岩土体剪切破坏问题及其在水化学环境作用下的力学性质的衰变、弱化问题,选取三峡库区三叠系上统须家河组(T3xj)的砂岩为研究对象,利用自主研发的煤岩细观剪切试验装置和PCI-2型声发射测试分析系统对经水化学溶液浸蚀后的砂岩在剪切载荷作用下细观裂纹的发展过程及其声发射特性进行试验研究,探讨不同浸蚀溶液、不同浸蚀时间和不同法向应力等实验条件下砂岩的裂纹时空演化规律及其声发射特性,取得的主要研究成果如下: (1)经水化学溶液浸蚀的砂岩表面裂纹均出现于峰值应力之后,随着水化学溶液浸蚀程度的增大,砂岩的抗剪强度降低,最终破坏时的裂纹宽度增大,且偏离预定剪切面的角度也相应增大,产生的次级裂纹增多;AE事件率峰值点相对于剪应力峰值点在时间上出现明显的滞后效应,且随着浸蚀程度的增大,滞后的时间差减小。 (2)砂岩在pH为5和12两种水化学溶液下浸蚀不同时间后表面裂纹发展情况一致,初次观测到的表面裂纹都出现在试件上端部或中下端部,随着浸蚀时间的增加,砂岩浸蚀程度增大,砂岩的变形减少,抗剪强度降低,破坏时的裂纹宽度加大,次级裂纹增多,酸性条件下砂岩裂纹断口形貌较碱性条件下复杂;砂岩经水化学溶液浸蚀不同时间后声发射信号在剪应力峰值之前都很少,在剪应力峰值至主破坏发生前阶段声发射信号剧增。 (3)砂岩在不同法向应力作用下的剪切变形都出现几个明显的阶段,且孔裂隙压密阶段与弹性变形阶段的明显分隔点处的剪应力和预先加载的法向应力相等;随着法向应力的加大,砂岩的抗剪强度增大,试件都在峰值剪应力后维持了一段时间才发生断裂破坏,最终破坏时的裂纹偏离预定剪切面的角度减小;声发射信号中的AE事件率峰值点与剪应力峰值点在时间上出现明显差值;法向应力越大,最终破坏时的累计AE事件数越多。


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