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我国西北诸盆地以及三峡地区均分布有石膏质岩。随着国家工程建设的大规模投入,在许多工程建设过程中,频频出现遇到石膏质岩的情况,给工程的施工建设带来许多难题。湖北巴东十字垭隧道围岩中也存在石膏质岩层,隧道施工完成后仅2年即发生破坏,额外增加投资两千多万。隧道建设过程中,开挖打破了岩体天然应力的相对平衡状态,使围岩内产生次生裂隙。裂隙为地下水的渗透提供通道,而水对岩石的力学性质又存在多种劣化作用。干湿循环作用是最常见的水岩相互作用之一,目前国内外关于干湿循环作用下岩石劣化特性的研究多集中于砂岩。而诸多工程病害表明,研究石膏质岩在干湿循环作用下的劣化特性也具有十分重要的理论意义和应用价值。基于此,本文以湖北巴东十字垭隧道附近嘉陵江组地层的石膏质岩作为研究对象,结合室内试验、理论分析和颗粒流数值模拟,系统研究了干湿循环作用下石膏质岩物理力学性质的劣化特性。论文主要研究内容及成果如下:1.简要阐述了十字垭隧道的破坏特征及石膏质岩层位分布。概述了研究区的区域地质背景。通过基本物理试验、X衍射和吸水失水试验等,阐明了石膏质岩的基本物理性质、矿物成分和吸水失水特征等,为后续的干湿循环劣化试验选择样本。2.开展石膏质岩的干湿循环劣化试验,对不同干湿循环次数下的石膏质岩进行吸水失水试验、压汞试验、单轴压缩+声发射试验、巴西劈裂试验和三轴压缩试验,以分析干湿循环作用对石膏质岩吸水失水特征、孔隙结构特征、力学性质等的劣化效应。结果显示:（1）随干湿循环次数增大,试样的累积吸水量增大,孔隙最大连通孔径和平均孔径增大,分选性变好,孔隙分布逐渐偏向粗孔隙。（2）石膏质岩的单轴抗压强度、弹性模量、抗拉强度、内聚力和内摩擦角的变化规律基本一致,总体上都是随着干湿循环的进行呈减小趋势。干湿循环作用对石膏质岩各力学参数的影响不同,其影响次序为:弹性模量>抗拉强度>单轴抗压强度>内聚力>内摩擦角。（3）干湿循环进行过程中,水物理作用和水化学作用的进行和相互促进,改变了石膏质岩晶体结构和孔隙结构,晶体强度降低,孔隙度增大,由此导致石膏质岩的力学性质出现劣化。3.通过对不同干湿循环次数下的石膏质岩进行单轴压缩声发射试验,从应力-应变曲线、声发射事件数、振铃计数、声发射能量等方面来分析干湿循环作用对石膏质岩声发射特征的影响。结果显示:（1）随干湿循环次数的增加,石膏质岩峰后应力-应变曲线由陡变缓,石膏质岩由脆性向塑性转变,各声发射累计特征量（声发射事件数、振铃计数、声发射能量）-时间曲线函数形式均表现为由反生长曲线函数形式向对数函数形式转变。（2）0、5次干湿循环作用后,压密阶段及弹性阶段前期“山峰”现象不明显,峰后特征量激增现象以“集中”为主;10、15次干湿循环作用后,压密阶段及弹性阶段前期“山峰”现象明显,峰后特征量激增现象以“分散”为主。（3）0次干湿循环时,各特征量在各阶段比值的分布规律均不相同。到15次干湿循环后,各特征量均表现为压密阶段<弹性阶段<加速破坏阶段,且压密阶段和加速破坏阶段两极分化严重。4.基于统计损伤理论,建立了岩石应变软化统计损伤本构模型,并将其应用到石膏质岩应力-应变曲线的拟合中。主要研究内容和结论如下:（1）将岩石变形破坏过程分为初始压密、线弹性和应力损伤三个阶段,利用三参数Weibull分布来表示岩石微元强度的概率分布,建立了可以拟合应力-应变曲线全过程的统计损伤本构模型,拟合效果良好。（2）根据损伤变量的演化特征,采用Richards生长曲线模型拟合损伤变量,建立了基于损伤变量演化方程的岩石应变软化统计损伤本构模型,该模型的拟合效果更佳。（3）根据损伤变量拟合参数与干湿循环次数的关系,提出了石膏质岩的应力、水岩耦合损伤本构模型的建立思路。（4）以累计振铃计数作为损伤变量建立了石膏质岩的单轴压缩统计损伤模型,但与基于损伤变量演化方程的统计损伤本构模型相比,在峰后阶段的拟合效果稍差。（5）基于统计损伤理论建立了应力-应变曲线的非线性拟合公式,不仅可直接得到应力-应变曲线的拟合结果,也可以得到损伤变量的拟合结果。对石膏质岩三轴压缩的应力-应变曲线进行拟合,验证了该方法拟合效果良好,可在实际中应用。5.以二维颗粒流模型(PFC2D)为研究手段,建立不同干湿循环次数下石膏质岩的颗粒流模型,研究了干湿循环作用下石膏质岩劣化的细观力学特征及干湿循环作用对单裂隙石膏质岩的劣化效应。主要结论如下:（1）围压和干湿循环次数对数值试样的细观破坏特征都存在影响。随围压的增大,细观黏结间隙和细观剪裂纹的分布由“集中”趋于“分散”。随干湿循环次数的增加,细观黏结间隙和细观剪裂纹的分布则由“分散”趋于“集中”。（2）单轴压缩和三轴压缩条件下,随干湿循环次数的增加,细观裂纹的数量均有减小的趋势。围压对细观拉裂纹的增长具有抑制作用,而有利于细观剪裂纹的增长。（3）石膏质岩细观参数的劣化规律基本一致,总体上都是随着干湿循环的进行呈减小趋势。干湿循环作用对石膏质岩各细观参数的影响不同,其影响次序为:节理模量>节理内摩擦角>节理粘聚力>节理抗拉强度>节理摩擦系数。（4）裂隙倾角和干湿循环次数对单裂隙石膏质岩的单轴抗压强度均存在影响,主要以裂隙倾角α=30°的单裂隙石膏质岩的单轴抗压强度最小,但干湿循环作用对α=60°试样的单轴抗压强度劣化效应最强。干湿循环作用对单裂隙石膏质岩的劣化效应排序为:α=60°>α=0°>α=30°>α=45°>α=75°>α=90°。