酸性干湿循环作用下岩溶区灰岩溶蚀特性及三轴试验研究

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我国西南地区属于典型的灰岩岩溶区,由于长期遭受着降雨、水位波动等地理环境的影响,使得该地区的岩体大多处于干湿循环的状态,且西南地区处于酸雨分布区,因此该地区的水溶液对岩体的劣化作用不仅仅体现在物理作用上,更体现为化学作用对岩体的劣化影响,对于长期处于酸性环境和干湿循环作用下的岩体来说,其物理性质和力学强度造成了严重的劣化反应,导致山体表面岩体坠落、滑坡等灾害的发生,对人民的生命财产安全带来了危害和损失。由于工程上对岩体防护加固的实际需要,本文以桂林市灵川县灰岩为研究对象,选取酸性环境p H为3、5及中性环境p H为7的三种溶液,进行0、10、20、30、40次干湿循环试验,开展灰岩低围压下(3MPa、5MPa)的三轴压缩试验,并结合试验数据对灰岩进行理论分析。主要相关研究工作和成果如下:(1)灰岩物理性质溶蚀劣化研究;研究结果表明:随着干湿循环次数增加,灰岩试样的质量有所损伤,质量变化随干湿循环次数增加逐渐减少;在p H=3、5、7三种溶液环境下对照发现:随着酸性环境增强,p H值为3时的总体质量损失率在干湿循环次数40次时为2.27%、p H值为5时为0.53%、p H值为7时为0.17%,而岩样表面随酸性环境增强其溶蚀程度越重,损伤程度为p H=3>p H=5>p H=7,同时对岩样试样溶蚀机理进行了分析。(2)灰岩三轴压缩试验研究;研究结果表明:酸性环境一定时,随着干湿循环次数的增加,通过应力-应变曲线变化可得灰岩性质有明显脆性转延性的变化趋势,且其曲线峰值强度逐渐降低;不同酸性环境所含的H+浓度是不同的,带来的损伤变化也是不同的,酸性越强,灰岩的三轴峰值强度劣化程度越明显,且与干湿循环次数呈现出负相关关系。(3)灰岩破坏特征劣化研究;研究结果表明:干湿循环前期灰岩破坏特征主要为贯通式张拉破坏,干湿循环后期次数的增多以及酸性环境的影响,灰岩在破坏过程中逐渐呈现出脆性转延性的变化,其两端裂纹逐渐增多,形成了以张拉-剪切混合型为主的破坏模式,随着围压的升高,会呈现出剪切破坏模式;试样的弹性模量在p H=3时损伤程度大于p H=5、p H=7。(4)灰岩劣化对比研究;研究结果表明:随着围压的升高,其力学特性有明显改善,灰岩三轴峰值强度和弹性模量随着围压的升高有逐渐增强的趋势;另外,在p H=3、5、7环境下灰岩参数劣化幅度大小为:峰值强度>弹性模量,并探讨了灰岩在酸性环境及干湿循环作用下内摩擦角和粘聚力的影响规律。
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