干湿循环作用下砂岩力学劣化特性分析.pdf
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1、84水科学与工程技术2023年第4 期干湿循环作用下砂岩力学劣化特性分析龙朝辉(广东东水工程项目管理有限公司,广东东莞5 2 3 0 0 0)摘要:以某水库库岸边坡的水位波动为研究背景,分析在干湿循环作用下库岸边坡的岩体力学性能的劣化趋势,并通过室内岩石三轴压缩试验展开详细探究。引人劣化率来量化分析砂岩力学特性在水岩作用下的劣化机理,库岸边坡岩石的劣化机理研究基于砂岩三轴压缩试验展开,为量化分析库区水位波动对库岸边坡的安全稳定性影响提供技术支撑。关键词:三轴压缩试验;水位波动;劣化率;稳定性;峰值抗压强度中图分类号:TV3D01:10.19733/ki.1672-9900.2023.04.24
2、Mechanical degradation characteristics of sandstone under dry wet(Guangdong Dongshui Engineering Project Management Co.Ltd,Dongguan 523000,China)Abstract:This paper takes the water level fluctuation of a reservoir slope as the research background to analyze thedeterioration trend of the rock mass me
3、chanical properties of the reservoir bank slope under the action of dry-wet cycles.The indoor rock triaxial compression test is carried out in detail.In this paper,the degradation rate is introduced toquantitatively analyze the degradation mechanism of sandstone mechanical properties under the actio
4、n of water and rock.The research on the deterioration mechanism of the slope rock in the reservoir area is carried out based on the sandstonetriaxial compression test.Key words:Triaxial compression test;water level fluctuation;deterioration rate;stability;peak compressive strength目前,众多学者纷纷展开研究,徐千军等
5、1 指出通过室内试验来研究坡体内部岩石的损伤机理,并总结水岩作用的增强会导致岩石的力学性质呈下降趋势。傅晏等 2 指出岩石在地下水渗流过后会产生蚀变现象,从而弱化岩石的力学性能。姚华彦等 3 指出砂岩会随干湿循环次数的递增产生一种由脆性破坏向延性破坏转换的趋势,同时,也指出大理岩、花岗岩等岩石具有相似的劣化趋势。宋勇军等 4 为探究红砂岩在动态干湿循环作用下是否会在抗拉强度上存在显著的劣化效应,通过动态拉伸力学试验,设定不同的加载速率和干湿循环次数来量化对红砂岩力学性能的影响。柴肇云等 5 基于单轴冲击压缩试验来分析煤矿砂岩在干湿循环作用下的力学动态演化趋势,发现砂岩在首次干湿循环中其动态抗压
6、强度产生一个显著的增强效应,但随循环次数递增,其单轴抗压强度逐渐转化成递减趋势。邓华锋等 6 利收稿日期 2 0 2 2-0 7-2 1【作者简介 龙朝辉(1 9 7 4 一),男(汉族),湖南南县人,工程师,主要从事水工建筑方向研究。E-mail:文献标识码:B文章编号:1 6 7 2-9 9 0 0(2 0 2 3)0 4-0 0 8 4-0 4cyclingLONG Chaohui用高速摄像机来探究在动态冲击作用下,砂岩的破坏特征和变形演化趋势。柴少波等 7 以三峡库区的砂岩为试验对象,分析饱水-风干循环对其影响,发现随循环次数的增加,砂岩的损伤越显著。本文以某水库水位波动对库岸边坡的影
7、响为工程背景,将试验对象设定为水库水位幅变区域带的砂岩,通过岩石三轴压缩仪器来研究砂岩在水岩作用下的力学劣化特性及演化规律。干湿循环分别采用饱水和风干砂岩试样来展开试验研究,量化砂岩的力学演化规律和劣化特性,并引人劣化率的概念来阐述水位波动时的砂岩力学性质,旨在还原工程实际中水位波动对库岸砂岩力学性能的影响。1试验设计水库库岸边坡内部广泛分布砂岩,其力学特性2023年第4 期是库岸边坡安全稳定性的关键因素。本文试验所用砂岩选自某地区某水库边坡内部岩体,由云母、斜长石和石英等构成,具有典型的代表性,天然密度2.7 g/cm。试验前基于水利水电工程岩石试验规程 8 对试样进行预处理,规范规定岩石试
8、样尺寸应为r=25mm(半径)、l=100mm(高度)的圆柱体,并在试验前,对预处理好的岩石试样展开回弹值和纵波波速检测,选取达到规范标准的试样进行三轴压缩试验。试验分为4 个试验组,每个试验组再设置4 个岩石试样进行对照分析;将试样按1 5,5,1,0 循环次数展开干湿循环试验(通过设定饱水条件来模拟湿润工况及设定风干条件来模拟干燥工况)。一次饱水-风干循环试验包含试样浸泡和浸泡风干程序,其中浸泡程序是对试样浸泡2 5 d,模拟水位上升阶段,以期达到砂岩试样饱和状态;浸泡风干程序是将试样放置在风干试验箱里进行5 d的风干,模拟库区水位下降现象。然后将浸泡和浸泡风干后的试样按照20,10,5,
9、0MPa围压强度进行三轴力学试验,通过轴向逐级加载向试样施加垂直荷载,直至试样产生断裂破坏现象,在此期间通过计算机实时记录试样的应力-应变演化数据,并基于试验后的试样测算出试样破坏时其破坏面与最大轴向作用面夹角,为推算内摩擦角提供校核参数。2试验结果与分析2.1砂岩试样峰值抗压强度的变化规律不同围压强度下饱水-风干循环作用下的峰值抗压强度,其峰值抗压强度数值主要受循环次数和围压强度影响显著,峰值抗压强度与围压强度呈正比与循环次数呈反比。峰值抗压强度在围压强度为20MPa,循环次数为0 次时,其达到试验最大峰值抗压强度,即1 8 5.0 2 MPa。不同饱水-风干循环作用下砂岩应力-应变拟合曲线
10、如图1。由图1 可知,循环次数与砂岩的峰值强度呈反比,循环次数越多,会引起峰值强度产生更大的应变现象。基于围压强度的演化和饱水-风干循环次数显著的影响峰值抗压强度数值,试验将自变量定义为不同围压强度值和不同饱水-风干循环次数N,将因变量定义为峰值抗压强度,而后展开试验量化分析峰值抗压强度所受的影响,其动态演化关系曲线如图2。龙朝辉:干湿循环作用下砂岩力学劣化特性分析24681012应变:/1 0-3图1 不同饱水-风干循环作用下砂岩应力-应变拟合曲线200180160140120100806040%246810121416饱水-风干循环次数(a)峰值抗压强度随循环次数变化曲线200循环次数0
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