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重庆地区夏季高温异常,酸雨频发,嘉陵江沿线暴露于地表且较为发育的泥灰岩岩层,长期处于酸雨-高温交替作用下,受损严重。鉴于此,研究酸雨-高温交替作用下泥灰岩的物理力学特性及其劣化效应尤为重要。本文用酸性溶液-高温交替作用模拟酸雨-高温交替作用,首先采用室内试验,然后通过数值模拟三轴压缩,分析泥灰岩物理力学性质变化规律,得出酸雨-高温交替作用下泥灰岩的劣化效应,主要研究内容和成果如下:
①对泥灰岩试样分别进行0、5、10、15、20次的酸雨-高温交替作用试验,通过X射线衍射、电镜扫描、重度测定等试验发现,随着酸雨-高温交替作用次数的增加,方解石含量逐渐降低,在酸雨-高温交替作用20次后,碳酸盐类矿物方解石含量占比下降了3%;泥灰岩各个矿物颗粒之间的连接逐渐由紧密向松散转变;质量在持续减轻,阶段质量损失率呈现出先上升后下降的趋势,干重度相较于质量损失变化更大。
②对经历酸雨-高温交替作用下的泥灰岩试件进行单轴压缩试验、常规三轴压缩试验及巴西劈裂试验。单轴压缩试验下,随着酸雨-高温交替作用次数的增加,泥灰岩的单轴抗压强度在酸雨-高温交替作用15次之前,各阶段降低比例较为均匀,在15到20次作用阶段降低比例突增,降低速率加快;弹性模量随着作用次数的增加先快速降低,然后趋于稳定;变形模量随着作用次数的增加加速降低。在同一围压作用下,随着酸雨-高温交替作用次数的增加,泥灰岩三轴抗压强度、三轴弹性模量、三轴变形模量均呈现出降低趋势,且降低趋势大体一致,而黏聚力和内摩擦角随着酸雨-高温交替作用次数的增加具有先快速降低,然后趋于稳定。围压会抑制酸雨-高温交替作用对泥灰岩三轴力学特性的影响,围压越大抑制作用越显著。巴西劈裂试验下,在自然状态到5次作用阶段,酸雨-高温交替作用对抗拉强度影响较小,仅为0.65%,而在5到10次作用阶段泥灰岩抗拉强度降低比例突增,酸雨-高温交替作用15次后泥灰岩抗拉强度降低速率趋于平缓。
③通过对PFC数值三轴泥灰岩破坏模式进行分析发现,随着酸雨-高温交替作用次数的增加,泥灰岩试件破坏时裂缝越多,劣化越剧烈。同时,泥灰岩试件在微观节理上剪切裂纹逐渐增加,脆性逐渐减弱,延性逐渐增强,破坏裂纹增多。相同围压下颗粒接触力链随酸雨-高温交替作用次数增加呈增加趋势,且泥灰岩试件颗粒承受传递的荷载大小与经历交替作用次数成正比,经历的酸雨-高温交替作用次数越多,泥灰岩颗粒强度劣化越严重。
④定义酸雨-高温交替作用下泥灰岩性质参数的劣化度,计算了泥灰岩各试验参数的总劣化度、阶段劣化度及阶段内平均劣化度。结合酸雨-高温交替作用下泥灰岩各性质劣化度的拟合结果,分析得出酸雨-高温交替作用下,泥灰岩的力学、物理劣化效应及其相互作用关系,将酸雨-高温交替作用下泥灰岩劣化过程划分为初步吸水劣化阶段、劣化加剧阶段、损伤扩展阶段、损伤稳定发展阶段。
①对泥灰岩试样分别进行0、5、10、15、20次的酸雨-高温交替作用试验,通过X射线衍射、电镜扫描、重度测定等试验发现,随着酸雨-高温交替作用次数的增加,方解石含量逐渐降低,在酸雨-高温交替作用20次后,碳酸盐类矿物方解石含量占比下降了3%;泥灰岩各个矿物颗粒之间的连接逐渐由紧密向松散转变;质量在持续减轻,阶段质量损失率呈现出先上升后下降的趋势,干重度相较于质量损失变化更大。
②对经历酸雨-高温交替作用下的泥灰岩试件进行单轴压缩试验、常规三轴压缩试验及巴西劈裂试验。单轴压缩试验下,随着酸雨-高温交替作用次数的增加,泥灰岩的单轴抗压强度在酸雨-高温交替作用15次之前,各阶段降低比例较为均匀,在15到20次作用阶段降低比例突增,降低速率加快;弹性模量随着作用次数的增加先快速降低,然后趋于稳定;变形模量随着作用次数的增加加速降低。在同一围压作用下,随着酸雨-高温交替作用次数的增加,泥灰岩三轴抗压强度、三轴弹性模量、三轴变形模量均呈现出降低趋势,且降低趋势大体一致,而黏聚力和内摩擦角随着酸雨-高温交替作用次数的增加具有先快速降低,然后趋于稳定。围压会抑制酸雨-高温交替作用对泥灰岩三轴力学特性的影响,围压越大抑制作用越显著。巴西劈裂试验下,在自然状态到5次作用阶段,酸雨-高温交替作用对抗拉强度影响较小,仅为0.65%,而在5到10次作用阶段泥灰岩抗拉强度降低比例突增,酸雨-高温交替作用15次后泥灰岩抗拉强度降低速率趋于平缓。
③通过对PFC数值三轴泥灰岩破坏模式进行分析发现,随着酸雨-高温交替作用次数的增加,泥灰岩试件破坏时裂缝越多,劣化越剧烈。同时,泥灰岩试件在微观节理上剪切裂纹逐渐增加,脆性逐渐减弱,延性逐渐增强,破坏裂纹增多。相同围压下颗粒接触力链随酸雨-高温交替作用次数增加呈增加趋势,且泥灰岩试件颗粒承受传递的荷载大小与经历交替作用次数成正比,经历的酸雨-高温交替作用次数越多,泥灰岩颗粒强度劣化越严重。
④定义酸雨-高温交替作用下泥灰岩性质参数的劣化度,计算了泥灰岩各试验参数的总劣化度、阶段劣化度及阶段内平均劣化度。结合酸雨-高温交替作用下泥灰岩各性质劣化度的拟合结果,分析得出酸雨-高温交替作用下,泥灰岩的力学、物理劣化效应及其相互作用关系,将酸雨-高温交替作用下泥灰岩劣化过程划分为初步吸水劣化阶段、劣化加剧阶段、损伤扩展阶段、损伤稳定发展阶段。