【摘 要】
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自然界中岩土体与水环境持续不断的发生着物理、化学和力学各方面的相互作用,导致岩土体物理和力学性质不断改变,长期威胁着危岩、边坡、坝基等岩土工程和基础设施的安全。开展水-岩作用这一基础性研究课题有助于揭示相关工程地质领域的灾变机理。我国西南区域发育着众多高陡边坡,库岸边坡的岩土体受水-岩作用影响尤为明显。针对上述问题,本文依托库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心课题及优秀青年科学基金项目(海
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自然界中岩土体与水环境持续不断的发生着物理、化学和力学各方面的相互作用,导致岩土体物理和力学性质不断改变,长期威胁着危岩、边坡、坝基等岩土工程和基础设施的安全。开展水-岩作用这一基础性研究课题有助于揭示相关工程地质领域的灾变机理。我国西南区域发育着众多高陡边坡,库岸边坡的岩土体受水-岩作用影响尤为明显。针对上述问题,本文依托库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心课题及优秀青年科学基金项目(海外)支持计划,以三峡库区巫峡段岸坡微晶灰岩为研究对象,探究了干湿循环、长期浸泡和二者共同作用下宏微观物理力学特性的变化规律。主要研究内容及获得的成果如下:(1)开展了不同循环次数及不同p H值溶液长期浸泡作用下微晶灰岩的单轴压缩和巴西劈裂试验,得到了干湿循环作用和酸性溶液的长期浸泡作用对微晶灰岩力学性质的影响规律,研究了水-岩作用下微晶灰岩的劣化机理。在此基础上探讨了干湿循环作用和酸性溶液的长期浸泡作用对微晶灰岩单轴抗压强度、弹性模量和抗拉强度的影响规律,同时利用经验拟合公式,定量地分析了微晶灰岩力学参数随循环次数n和浸泡时间t的劣化效应。(2)基于电镜扫描(SEM)试验,分析了不同循环次数、不同酸性溶液长期浸泡和循环-浸泡共同作用下微晶灰岩的表面微观结构的变化规律,从微观角度探讨了微晶灰岩的水-岩作用损伤机理。(3)以干湿循环作用和长期浸泡作用的试验结果为基础,得到了随干湿循环次数n和长期浸泡时间t变化,灰岩试样物理力学参数的变化规律,得到了微晶灰岩在水-岩作用下劣化度D与循环次数n和浸泡时间t的函数关系,并开展了循环-浸泡共同作用下物理力学试验,同时引入耦合作用系数k,建立干湿循环、长期浸泡和循环-浸泡共同作用下灰岩强度劣化规律的关系。(4)根据不同工况下水-岩作用后微晶灰岩的宏观力学试验结果,假设微晶灰岩的微元强度服从Weibull分布函数,并结合统计分析方法、Lemaitre应变等价假说和连续损伤理论,建立了不同循环次数、不同p H值下长期浸泡和二者共同作用下的岩石损伤统计劣化模型,并与试验结果对比误差较小。(5)制备了含天然软弱夹层的灰岩试样,并利用能谱分析仪和电镜扫描(SEM)对其软弱夹层进行了矿物成分分析、微观结构形态的描述,开展了不同循环次数下完整灰岩和含天然结构面的夹层灰岩的压缩剪切试验,对比了干湿循环作用对完整灰岩和夹层灰岩抗剪强度特性的影响规律,探讨了软弱夹层对干湿循环条件下灰岩劣化的影响,并根据不同循环次数时岩石黏聚力和内摩擦角的变化规律,建立了干湿循环作用下含结构面灰岩的劣化模型。(6)基于微晶灰岩在水-岩作用过程中宏观力学参数的劣化规律,建立了水致灰岩强度劣化的三维离散元模型,分析干湿循环作用、长期浸泡作用下微晶灰岩细观参数的变化特征,并利用干湿循环、长期浸泡和循环-浸泡共同作用三者宏观强度参数之间的关系,建立了循环-浸泡共同作用下细观参数劣化模型,基于劣化模型分析了微晶灰岩在耦合作用下的劣化规律,并与试验结果展开对比,验证该强度劣化模型能够模拟循环-浸泡共同作用下灰岩强度的影响规律。
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