针对取自三峡库区范家坪滑坡砂岩，采用室内模拟高温季节环境条件，研究砂岩在“烘干-吸水”循环作用下的热湿效应，包括砂岩的质量劣化和抗剪强度参数的变化。结果表明①经历“烘干-吸水”热湿循环作用后，岩石质量劣化速率和吸水率是非线性波动变化的，其波动特征体现出了岩石内部裂隙的动态发育;②砂岩的抗剪强度参数黏聚力c和内摩擦角φ随着“烘干-吸水”热湿循环次数的增加而不断降低，在循环初期参数折减幅度较大，后期变缓并逐渐趋于稳定，这与岩石质量劣化规律具有相似性;③提出通过岩石直剪破坏裂纹延伸角度，定性判断岩石强度的方法。研究成果对昼夜温差大且气候潮湿的华中地区岩石劣化预测具有实际意义。
Abstract
The degradation of sandstone, including mass degradation and variation of shear strength parameters, under the action of cyclic drying and water adsorption in high temperature season was simulated in laboratory. Sandstone samples were taken from Fanjiaping landslide in the Three Gorges Reservoir. Results indicate that 1) mass degradation rate and water adsorption rate fluctuated non-linearly under drying and wetting cycles, reflecting the dynamic development of fractures in the sandstone; 2) cohesion c and internal friction angle φ of sandstone reduced by a large margin in the initial stage of drying-wetting cycles, and then reduced steadily in the later stage, which is similar with the mass degradation law; 3) a method of determining the strength of sandstone in quantitative sense according to the extension angle of direct shear failure cracks was proposed. The research results are of practical significance to predicting rock deterioration in central China with humid climate and large temperature difference between day and night.
关键词
砂岩 /
烘干-吸水 /
直剪试验 /
裂隙发育 /
直剪破坏模式 /
热湿循环 /
岩石质量劣化
Key words
heating and water absorption /
direct shear test /
fracture development /
direct shear failure mode /
drying-wetting cycle /
degradation of rock quality
{{custom_sec.title}}
{{custom_sec.title}}
{{custom_sec.content}}
参考文献
[1] 徐千军,陆 杨. 干湿交替对边坡长期安全性的影响. 地下空间与工程学报, 2005, 7(增1): 43-46.
KALKAN E. Impact of Wetting-Drying Cycles on Swelling Behavior of Clayey Soils Modified by Silica Fume. Applied Flay Science, 2011, 52(4): 345-352.
ESTABRAGH A R, MOGHADAS M, JAVADI A A. Effect of Different Types of Wetting Fluids on the Behavior of Expansive Soil During Wetting and Drying. Soils and Foundations, 2013, 53(5): 617-627.
王永新. 水岩相互作用机理及其对库岸边坡稳定性影响的研究. 重庆: 重庆大学, 2006.
李克钢, 郑东普, 黄维辉. 干湿循环作用下砂岩力学特性及其本构模型的神经网络模拟.岩土力学, 2013, 34(增2): 168-173.
张 鹏, 柴肇云. 干湿循环条件下砂岩强度劣化试验研究. 金属矿山, 2013,42(10): 5-7,11.
王莎莎, 谢学斌, 肖崇春, 等. 考虑干湿循环效应的砂岩边坡稳定性研究. 矿冶工程, 2015, 35(6): 20-24.
姚华彦, 张振华, 朱朝辉, 等. 干湿交替对砂岩力学特性影响的试验研究. 岩土力学,2010,31(12):3704-3708,3714.
姚华彦, 朱大勇, 周玉新, 等. 干湿交替作用后砂岩破裂过程实时观测与分析. 岩土力学, 2013, 32(2): 329-336.
汪 然, 朱大勇, 姚华彦, 等. 温度对大理岩力学性能的影响. 金属矿山, 2013, (4): 49-53.
傅 晏. 干湿循环水岩相互作用下岩石劣化机理研究. 重庆:重庆大学, 2010.
邓华锋, 李建林, 朱 敏, 等. 饱水-风干循环作用下砂岩强度劣化规律试验研究. 岩土力学, 2012, 33(11): 3306-3312.
邓华锋, 李建林, 王孔伟, 等. “饱水-风干”循环作用下砂岩损伤劣化规律研究. 地下空间与工程学报, 2011, 7(6): 1091-1096,1120.
黄维辉. 干湿交替作用下砂岩劣化效应研究. 昆明:昆明理工大学, 2014.
孔震宁. 干湿循环对红砂岩工程特性的影响分析. 公路与汽运, 2015, (5): 93-96.
刘新荣, 傅 晏, 王永新, 等. (库)水-岩作用下砂岩抗剪强度劣化规律的试验研究. 岩土工程学报, 2008, 30(9): 1298-1302.
邓华锋, 原先凡, 李建林, 等. 饱水度对砂岩纵波波速及强度影响的试验研究. 岩石力学与工程学报, 2013, 32(8): 1625-1631.
SL 264—2001, 水利水电工程岩石试验规程. 北京:中国标准出版社, 2001.
GB/T 23561.4—2009, 煤和岩石物理力学性质测定方法——第4部分:煤和岩石孔隙率计算方法. 北京:中国标准出版社, 2009.
曾 胜, 李振存, 陈涵杰. 干湿循环下红砂岩强度衰减规律及工程应用. 长沙理工大学学报(自然科学版), 2011, 8(4): 18-23.
基金
国家自然科学基金项目(51309141);国家重点研发计划项目(2016YFC0402003);水利部公益性行业科研专项经费项目(201401029);三峡大学土木与建筑学院2015年硕士创新基金资助项目(2015CX031)
PDF(2292 KB)
