广泛存在的腐蚀性环境水对与其接触的岩体具有物理、化学及力学的各方面作用,化学腐蚀所引起的岩体力学性质的逐渐劣化问题是边坡、坝基、危岩、石质文物保护、核废料处理等众多与腐蚀性环境水相关的岩石工程的基础性研究课题之一,是评价与估算岩体工程设计寿命与使用年限的根本问题,具有重要的科学意义与应用价值。本文选取酸性水化学溶液腐蚀下粉砂质泥岩的宏细观损伤特性为研究对象,开展了一系列酸性溶液腐蚀下的岩石宏细观试验,分析了受腐蚀粉砂质泥岩的化学损伤机理、力学特性劣化规律;掌握了三轴压缩作用下受腐蚀粉砂质泥岩内部破裂过程,揭示了三轴压缩和化学溶液作用下粉砂质泥岩内部细观损伤扩展机理;建立了基于腐蚀损伤变量的粉砂质泥岩蠕变损伤模型。主要研究工作与认识如下:(1)综合利用水化学分析、多元统计分析和水文地球化学模拟相结合的方法,对浸泡过程中化学溶液的水化学特征及水化学成分的形成原因进行了系统分析研究。解释酸性环境下粉砂质泥岩的化学损伤机制。不同pH值酸性溶液腐蚀作用下,酸性化学溶液对粉砂质泥岩的腐蚀作用主要机理包括:矿物的溶蚀作用、水解作用、水化作用、离子交换作用、黏土矿物吸水膨胀作用与崩解机制。pH<3的化学溶液作用下粉砂质泥岩溶蚀化学作用显著,随着pH值增大,溶蚀作用减缓,以水解作用、水化作用、离子交换作用、黏土矿物吸水膨胀作用与崩解机制为主的水岩作用。在有限空间且较为封闭的环境条件下,酸性水化学溶液对粉砂质泥岩的腐蚀损伤作用在一定时间后会逐步趋于一种平衡状态。(2)通过X衍射、电镜扫描以及能谱分析等微观试验手段,对岩石微观形貌、矿物成分等进行了定性及半定量研究,结果表明酸性水化学溶液腐蚀作用下粉砂质泥岩的微观结构发生了改变,粉砂质泥岩次生裂隙、孔洞增加、结构发生破坏。pH值越小,腐蚀效应越显著。酸性水化学溶液腐蚀作用下,矿物颗粒间的连接方式逐步发生改变,呈面-面、边-面、角-边接触等形式,孔隙均匀分布,且连通性增强,逐步演变为松散的多孔结构。(3)通过粉砂质泥岩在不同pH值酸性溶液腐蚀后的常规三轴压缩试验,分析了受腐蚀粉砂质泥岩在不同围压下的强度和变形特征,探讨了酸性水化学腐蚀下粉砂质泥岩强度和变形参数的变化规律,初步解释了酸性化学溶液作用下粉砂质泥岩力学特性劣化的规律和机理。试验表明:受酸性溶液腐蚀后,粉砂质泥岩的强度参数c、φ值及弹性模量均有不同程度的下降,且溶液酸性越强,对粉砂质泥岩力学参数劣化程度越大。(4)通过不同pH值酸性水化学溶液腐蚀下粉砂质泥岩试样的三轴CT实时扫描试验,获得了受腐蚀岩石三轴压缩过程中内部各层面微裂纹起裂、扩展及贯通破坏全过程的实时图像,分析了微裂纹扩展过程及破坏模式,解释了三轴压缩作用下受腐蚀岩石内部破裂过程及力学特征,揭示了三轴压缩作用下受腐蚀粉砂质泥岩内部细观损伤扩展机理。(5)完成了不同pH酸性水化学溶液腐蚀后的粉砂质泥岩单轴压缩蠕变试验,获得了腐蚀作用对粉砂质泥岩蠕变特性的影响效应与规律。研究表明,pH小于3的酸性水化学溶液对粉砂质泥岩的蠕变特性影响较为明显。利用分数阶微积分的数学抽象描述优势,借鉴经典元件组合模型的建模思路,将分数阶微积分软体元件引入传统西原蠕变模型中,建立了可描述粉砂质泥岩的粘弹塑性的蠕变模型;基于损伤理论,在加速蠕变阶段引入了能反映应力水平和时间效应的化学腐蚀损伤变量,建立了分数阶西原蠕变损伤模型。经验证,该模型模拟精度较高,可描述酸性化学溶液腐蚀下粉砂质泥岩的蠕变特性。