在庫(kù)區(qū)高陡邊坡、堤壩、地下工程圍巖等巖石工程領(lǐng)域,受地下水位升降、降雨、庫(kù)區(qū)水位波動(dòng)等因素的影響,部分巖土體長(zhǎng)期處于干濕循環(huán)交替的環(huán)境中。與常規(guī)靜載條件相比,在機(jī)械采掘、爆破、巖爆和地震等動(dòng)荷載的擾動(dòng)下,處于高應(yīng)變率和干濕循環(huán)耦合作用下的巖石力學(xué)特性及損傷破裂機(jī)理具有本質(zhì)的區(qū)別。針對(duì)上述工程實(shí)際需要,以紅砂巖為研究對(duì)象,本文綜合運(yùn)用試驗(yàn)研究、理論分析等方法,借助SEM掃描電鏡等分析手段,對(duì)酸性環(huán)境干濕循環(huán)作用下紅砂巖的動(dòng)力學(xué)特性及損傷破裂機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,主要工作及研究?jī)?nèi)容如下:（1）對(duì)酸性環(huán)境干濕循環(huán)作用下紅砂巖的密度、縱向波速、吸水率、單軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試,分析了上述物理力學(xué)參數(shù)隨干濕循環(huán)次數(shù)和pH的演化規(guī)律,并通過掃描電鏡對(duì)試樣的外觀形貌進(jìn)行了觀測(cè),對(duì)比分析了中性溶液及酸性環(huán)境干濕循環(huán)作用下紅砂巖的損傷劣化機(jī)理。（2）借助霍普金森壓桿（SHPB）試驗(yàn)系統(tǒng),開展了酸性環(huán)境干濕循環(huán)作用下紅砂巖試樣的動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn),得到了應(yīng)力-應(yīng)變曲線、彈性模量、峰值應(yīng)力、能量耗散、宏觀破壞特征、分形維數(shù)等隨應(yīng)變率、干濕循環(huán)次數(shù)及pH的演化規(guī)律,并根據(jù)線性擬合方程的斜率大小... 

【文章來源】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：223 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

紅砂巖試樣XRD衍射圖譜

2紅砂巖物理力學(xué)性能劣化的試驗(yàn)研究17圖2-1紅砂巖試樣XRD衍射圖譜Figure2-1XRDdiffractionpatternofred-sandstonespecimen表2-1紅砂巖礦物組成及其含量(單位：%)Table2-1Mineralcomponentsofred-sandstone（unit:%）石英長(zhǎng)石方解石赤鐵礦綠泥石其他58.621.99.76.32.21.3圖2-2紅砂巖試樣Figure2-2Red-sandstonespecimens2.1.2酸性環(huán)境干濕循環(huán)設(shè)計(jì)考慮到地下水中Na+，K+，H+，Cl+，SO4+等離子的含量相對(duì)較多，本文用NaCl和KHSO4來配置水化學(xué)溶液。為了縮短試驗(yàn)時(shí)間，讓化學(xué)溶液在短時(shí)間內(nèi)對(duì)試樣產(chǎn)生腐蝕損傷作用，本試驗(yàn)采用加大離子濃度和降低溶液pH的方法。本試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了三種水化學(xué)溶液，溶液離子濃度均為0.1mol/L，pH分別為2.5、4.5、7，其中pH=7的中性溶液采用蒸餾水配置。紅砂巖的“吸水-干燥”循環(huán)采用室溫自然吸水，烘箱干燥的方法實(shí)施。參考《煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法》（GB/T23561.5-2009）[156]第5部分中煤與巖石吸水性測(cè)定方法規(guī)定，在干濕循環(huán)試驗(yàn)開始前，先將所有加工好的試樣放在105℃―110℃的烘干箱中干燥24h，然后取出放置在恒溫恒濕的養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)。將養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)的試樣放入配置好的溶液中自由吸水24h，然后放入烘箱中干燥24h，此為一次干濕循環(huán)[161]。為了盡量減小溫度對(duì)巖石力學(xué)性能的影響，將干濕循環(huán)過程

博士學(xué)位論文18中的烘箱溫度設(shè)定為60℃。為了使巖樣吸水完全，在巖樣與容器交界面及兩層巖樣分界面放置塑料格柵。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)0，5，10，20，30，40次共6個(gè)干濕循環(huán)等級(jí)，其中n=0的試樣作為參照組，表示未經(jīng)歷干濕循環(huán)作用。巖樣干濕循環(huán)過程如圖2-3所示。每次干濕循環(huán)結(jié)束后，對(duì)溶液的pH和濃度進(jìn)行校正，保證下次循環(huán)開始前的溶液pH與濃度與試驗(yàn)設(shè)計(jì)值相同。圖2-3巖樣干濕循環(huán)過程Figure2-3W-Dcyclingprocessofrockspecimens2.2紅砂巖干濕循環(huán)物理性能試驗(yàn)（PhysicalPropertiesofRed-sandstoneafterCyclicW-DTreatment）2.2.1密度測(cè)試達(dá)到設(shè)定的干濕循環(huán)次數(shù)后，對(duì)試樣的質(zhì)量和尺寸進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而求得干濕循環(huán)后試樣的密度。圖2-4列出了不同酸性環(huán)境下紅砂巖試樣密度隨干濕循環(huán)次數(shù)的變化情況，可以看出：隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，試樣密度逐漸減小，但是下降的幅度與pH有很大關(guān)系。為了更清楚地表示干濕循環(huán)次數(shù)對(duì)試樣密度的影響程度，圖2-4b繪制了密度變化率（相對(duì)于n=0時(shí)的變化幅度，其它參數(shù)變化率的計(jì)算方式與此相同。）隨干濕循環(huán)次數(shù)的柱狀圖，當(dāng)縱坐標(biāo)為負(fù)數(shù)時(shí)表示該參數(shù)的下降，從圖中可以明顯的看到：在同一酸性環(huán)境下，干濕循環(huán)次數(shù)越多，密度下降的幅度越大，以pH=2.5為例，與未受侵蝕試樣相比，當(dāng)對(duì)應(yīng)的干濕循環(huán)次數(shù)分別為5、10、20、30、40時(shí)，密度的變化率分別為-1.25%、-2.05%、-2.89%、-3.43%、-3.83%，說明干濕循環(huán)對(duì)試樣的損傷是逐漸累積的。除了干濕循環(huán)次數(shù)，溶液pH對(duì)試樣密度也有顯著的影響。以n=20為例，當(dāng)溶液pH=7，4.5，2.5時(shí)，試樣密度的變化率分別為-1.78%、-2.27%、-2.89%，說明溶液的酸性越強(qiáng)，試樣密度下降的幅度越大。在酸性干濕循環(huán)作用下，試樣中的可溶性膠結(jié)物發(fā)生一定的溶解，同時(shí)礦物

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本文編號(hào)：3496135