下载文档原格式
第33卷第1期岩石力学与工程学报V ol.33 No.1 2014年1月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Jan.，2014溶浸作用下难溶盐岩力学特性弱化及细观机制研究杨晓琴1，2，梁卫国1，2，于艳梅1，2，张传达1，2，于伟东1，2，赵阳升1，2(1. 太原理工大学矿业工程学院，山西太原 030024；2. 太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室，山西太原 030024)摘要：岩石材料的宏观力学特性与其内部细观结构演化有十分密切的关系，对典型难溶盐岩钙芒硝在盐溶液溶浸环境下力学特性弱化和细观结构演化进行研究，初步揭示其力学特性弱化的细观机制。
研究发现：在盐溶液溶浸作用下，由于矿体胶结物中亲水性矿物吸水膨胀崩解、钙芒硝中硫酸盐的溶解、化学反应离子交换、氯离子侵蚀损伤等因素的作用，钙芒硝孔隙率随“溶液浓度”和时间的变化而非线性演化，从而导致力学特性严重弱化。
在盐溶液中溶浸20 d，钙芒硝强度弱化系数低至0.1～0.2。
由于钙芒硝矿体内泥质胶结成分的水理水化作用，泥质部分膨胀或崩解，钙芒硝矿体变形表现出应变软化与韧性破坏特征。
细观结构演化结果表明，盐溶液溶浸作用下，难溶钙芒硝孔、裂隙演化缓慢，但在淡水溶液中孔隙演化速度是半饱和与饱和溶液中的数倍甚至数百倍。
淡水中溶浸48 h后孔隙率高达16.62%，是原始状态孔隙率的9倍；半饱和盐溶液溶浸48 h后，孔隙率是原始状态的3倍，而饱和溶液溶浸48 h后，孔隙率增幅仅为2.8%。
孔隙率变化主要是由于钙芒硝矿体中硫酸盐的溶解和结晶，胶结物成分(主要为伊利石、蒙脱石)的水理、膨胀，这也是钙芒硝力学特性弱化的根本原因。
本研究对深入认识可溶岩(包括钙芒硝)物理力学特性弱化，并指导盐类矿床原位溶浸开采及层状盐岩溶腔油气储库建造等相关工程实践，具有重要理论意义与应用价值。
关键词：岩石力学；难溶盐岩；钙芒硝；溶浸作用；力学特性弱化；细观结构中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2014)01–0134–10 MECHANICAL PROPERTY WEAKENING AND THE MESO-MECHANISM OF HARD DISSOLVED SALTROCK SOAKED IN BRINEYANG Xiaoqin1，2，LIANG Weiguo1，2，YU Yanmei1，2，ZHANG Chuanda1，2，YU Weidong1，2，ZHAO Yangsheng1，2(1. College of Mining Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China；2. Key Laboratory of In-situProperty-improving Mining of Ministry of Education，Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China)Abstract：The internal meso-structure development of rock material contributes a lot to its macroscopic mechanical properties. The mechanical properties weakening mechanism and internal meso-structure development of typical glauberite soaked in brine are studied；and the mechanism of mechanical properties weakening is revealed. It is found that under the actions of swelling and disintegration of hydrophilic mineral in the cement of the rock，the dissolution of sulfate，the ion exchange and the chloride ion erosion damage，etc.，the porosity of收稿日期：2013–05–27；修回日期：2013–07–29基金项目：国家杰出青年科学基金项目(51225404)；全国优秀博士论文专项资金(200959)；山西省研究生优秀创新项目(20113026)作者简介：杨晓琴(1978–)，女，2001年毕业于太原理工大学测绘工程专业，现为博士研究生，主要从事岩石力学与采矿工程方面的研究工作。
水压力作用下岩石中Ⅰ和Ⅱ型裂纹断裂准则高赛红;曹平;汪胜莲【摘要】In order to study damage fracture law of fissured rock masses, the hydrostatic pressure vertical to crack surface and drag force parallel to crack surface were taken into consideration, both of which are generated by water action. Stress condition of single crack under compressive-shearing stress condition and tensile-shearing stress condition were calculated respectively. And the stress intensity factor during water action was deduced. A new damage variable related to fracture toughness was presented and the new damage variable was introduced into Dugdale crack model, and the stress intensity factor of compressive-shearing crack and tensile-shearing crack were deduced respectively. Finally, fracture criterion of fractured rock mass considering water damage action was presented, under compressive-shearing stress condition and tensile-shearing stress condition respectively, based on the compressive-shearing fracture criterion and the maximum hoop stress theory.%为了研究裂隙岩体在水作用下的损伤断裂机制,考虑水产生的垂直裂纹面的静水压力和平行裂纹面的拖拽力,分析处于压剪和拉剪状态的单裂纹应力状态,推导出水作用下裂纹的应力强度因子.还定义基于断裂韧度的损伤变量,并将损伤变量引入Dugdale裂纹模型,推导出水损伤作用下压剪和拉剪应力状态下裂纹的应力强度因子.基于压剪条件下的断裂准则和最大周向应力理论,推导出压剪和拉剪应力状态下,考虑水损伤作用的裂隙岩体断裂准则.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(043)003【总页数】5页(P1087-1091)【关键词】压剪裂纹;拉剪裂纹;断裂韧度;损伤断裂;断裂准则【作者】高赛红;曹平;汪胜莲【作者单位】中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙,410083;江西理工大学应用科学学院,江西赣州,341000;中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙,410083;江西理工大学应用科学学院,江西赣州,341000【正文语种】中文【中图分类】TU452裂隙岩体有别于其他工程材料，它具有很强的非均匀性、各向异性等力学特征，其在地下水作用下的变形、损伤破坏及稳定性是岩石力学领域关注的课题。
水岩作用对云冈石窟石雕风化破坏的化学效应研究
黄继忠;袁道先;万力;阎宏彬
【期刊名称】《敦煌研究》
【年(卷),期】2010(000)006
【摘要】本文运用地质、水文地质等方法研究了影响云冈石窟石雕保存的水和盐的来源问题,采用化学方法全面分析了云冈石窟二泉窟、洞窟渗水、石窟区大气降水(雨水及雪水)的水化学特征;分析了云冈石窟各层岩石样品以及其中盐类的化学组份和物质成分及含量.讨论了云冈石窟石雕快速风化过程中发生的一系列复杂的水岩化学效应,其中包括:碳酸盐胶结物的溶解、碎屑长石的水解、盐类矿物的结晶和氧化铁及氢氧化铁矿物形成和转变.
【总页数】5页(P59-63)
【作者】黄继忠;袁道先;万力;阎宏彬
【作者单位】中国地质大学水环学院,北京,100080;云冈石窟研究院,山西,大同037007;西南大学资源环境学院,重庆,400715;国土资源部岩溶动力学重点实验室,广西,桂林,541004;中国地质大学水环学院,北京,100080;云冈石窟研究院,山西,大同037007
【正文语种】中文
【中图分类】K854.3
【相关文献】
1.水-岩化学作用下灰砂岩的力学特性与参数损伤效应 [J], 王艳磊;唐建新;江君;代张音;舒国钧
2.水-岩化学作用对岩石的力学效应的研究 [J], 黄伟;周文斌;陈鹏
3.黄河李家峡典型岩坡变形破坏的水效应研究 [J], 姚爱军;刘振英;贾学民
4.云冈石窟盐类析出物与石雕表面风化破坏形式的关系研究 [J], 任建光;黄继忠;任志伟;胡翠凤
5.水—岩化学作用对岩体变形破坏力学效应研究进展 [J], 汤连生;王思敬
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
第42卷 第3期2023年 5月 地质科技通报B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g yV o l .42 N o .3M a y 2023简文星,潘永亮,李林均,等.水压力作用下三峡库区侏罗系软岩裂纹扩展规律及力学机制[J ].地质科技通报,2023,42(3):1-8.J i a n W e n x i n g ,P a n Y o n g l i a n g ,L i L i n j u n ,e t a l .C r a c k p r o p a ga t i o n l a w a n d m e c h a n i c a l m e c h a n i s m o f J u r a s s i c s o f t r o c k i n t h e T h r e e G o r g e s R e s e r v o i r a r e a u n d e r w a t e r p r e s s u r e [J ].B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2023,42(3):1-8.水压力作用下三峡库区侏罗系软岩裂纹基金项目:国家自然科学基金项目 三峡库区典型顺向岸坡库水与降雨联合作用失稳观测与理论解析 (41272306)作者简介:简文星(1967 ),男,教授,主要从事工程地质与岩土工程方面的科研与教学工作㊂E -m a i l :w x j i a n @c u g.e d u .c n 通信作者:潘永亮(1995 ),男,助理工程师,主要从事岩土工程与地质灾害方面的勘察设计研究工作㊂E -m a i l :934732201@q q.c o m扩展规律及力学机制简文星1,潘永亮2,李林均3,李 豪1,徐长江1(1.中国地质大学(武汉)工程学院,武汉430074;2.中国市政工程中南设计研究总院有限公司,武汉430015;3.重庆市勘测院,重庆401121)摘 要:三峡库区侏罗系地层滑坡发育广泛,研究该地层软岩夹层在不同水压力作用下的强度及变形破坏特性对库区岸坡的长期稳定性评价具有重要理论指导意义㊂以三峡库区侏罗系典型软岩沙溪庙组泥质粉砂岩为例,对其进行了不同水压力下的力学试验系统(M T S )三轴压缩试验,并基于断裂力学与有效应力原理对水-力耦合效应下岩石的起裂及裂纹扩展机制进行了分析㊂研究结果表明:水压力的存在可降低岩石的峰值抗压强度,水压力越大岩石破坏后控制性裂纹的长度及倾角也总体随之增大,次生裂纹的数目也呈现出随之增多的趋势;原生裂纹的起裂及次生裂纹的扩展分别受控于K Ⅱ㊁K Ⅰ型应力强度因子,原生裂纹的起裂角最大为70.5ʎ;次生裂纹的临界扩展长度随原生裂纹长度的增加而增大,当原生裂纹倾角约为45ʎ时,在相同条件下次生裂纹的扩展长度最大;说明水压力的存在加剧了岩石裂纹的扩展,且使岩石的张拉破坏趋势更为明显,而原生裂纹形态特征对裂纹的扩展规律亦具有较大的影响㊂关键词:三峡库区;侏罗系软岩;水压力;裂纹扩展;力学机制中图分类号:T U 41 文章编号:2096-8523(2023)03-0001-08 收稿日期:2021-12-21d o i :10.19509/j .c n k i .d z k q.2022.0036 开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):C r a c k p r o p a ga t i o n l a w a n d m e c h a n i c a l m e c h a n i s m o f J u r a s s i c s o f t r o c k i n t h e T h r e e G o r ge s R e s e r v o i r a r e a u n d e r w a t e r p r e s s u r e J i a n W e n x i n g 1,P a n Y o n g l i a n g 2,L i L i n j u n 3,L i H a o 1,X u C h a n g j i a n g1(1.F a c u l i t y o f E n g i n e e i n g ,C h i n a U n i v e r s i t y of G e o s c i e n c e s (W u h a n ),W u h a n 430074,C h i n a ;2.C e n t r a l &S o u t h e n C h i n a M u n i c i p a l E ng i n e e r i n g D e s i gn a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e C o .,L t d .,W u h a n 430015,C h i n a ;3.C h o n g q i n g S u r v e y I n s t i t u t e ,C h o n g q i n g 401121,C h i n a )A b s t r a c t :J u r a s s i c l a n d s l i d e s a r e w i d e l y d e v e l o p e d i n t h e T h r e e G o r g e s R e s e r v o i r a r e a .T h e s t u d y of t h e s t r e ng th a n d d e f o r m a ti o n f a i l u r e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e s o f t r o c k i n t e r l a y e r u n d e r d i f f e r e n t w a t e r pr e s s u r e s i s o f g r e a t t h e o r e t i c a l s i g n i f i c a n c e t o t h e l o n g -t e r m s t a b i l i t y e v a l u a t i o n o f t h e r e s e r v o i r b a n k s l o pe .MT S t r i -a x i a l c o m p r e s s i o n t e s t s w e r e c a r r i e d o u t o n t h e a r g i l l a c e o u s s i l t s t o n e of S h a x i m i a o F o r m a t i o n ,a t y pi c a l s o f t r o c k o f J u r a s s i c i n t h e T h r e e G o r g e s R e s e r v o i r a r e a ,t o s t u d y t h e s t r e n g t h a n d d e f o r m a t i o n d a m a ge c h a r a c t e r i s t i c s of t h e r o c k u n d e r d i f f e r e n t w a t e r p r e s s u r e s .B a s e d o n f r a c t u r e m e c h a n i c s a n d e f f e c t i v e s t r e s sp r i n c i p l e ,t h e m e c h a n i s m o f c r a c k i n i t i a t i o n a n d c r a c k p r o p a g a t i o n u n d e r h y d r o -m e c h a n i c a l c o u p l i n g ef f e c t w a s a n a l y z e d .I t w a s f o u n d t h a t w a t e r p r e s s u r e c a n r e d u c e t h e p e a k c o m p r e s s i v e s t r e n gt h o f r o c k .W i t h t h e i n c r e a s e o f w a t e r p r e s s u r e ,t h e l e n g t h a n d d i p a n gl e o f d o m i n a n t c r a c k s i n c r e a s e ,a n d t h e n u m b e r o f s e c -Copyright ©博看网. All Rights Reserved.h t t p s://d z k j q b.c u g.e d u.c n地质科技通报2023年o n d a r y c r a c k s a l s o s h o w s a t r e n d o f i n c r e a s i n g.T h e p r i m a r y c r a c k i n i t i a t i o n a n d s e c o n d a r y c r a c k p r o p a g a-t i o n w e r e c o n t r o l l e d b y KⅡa n d KⅠs t r e s s i n t e n s i t y f a c t o r s,r e s p e c t i v e l y.T h e m a x i m u m i n i t i a t i o n a n g l e o f t h e p r i m a r y c r a c k w a s70.5ʎ.T h e c r i t i c a l p r o p a g a t i o n l e n g t h o f t h e s e c o n d a r y c r a c k i n c r e a s e s w i t h t h e i n-c r e a s e o f t h e p r i m a r y c r a c k l e n g t h.W h e n t h e d i p a n g l e o f t h e p r i m a r y c r a c k i s a b o u t45ʎ,t h e p r o p a g a t i o n l e n g t h o f t h e s e c o n d a r y c r a c k r e a c h e s t h e m a x i m u m u n d e r t h e s a m e c o n d i t i o n s.T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e e x i s t e n c e o f w a t e r p r e s s u r e i s c o n d u c i v e t o t h e c r a c k p r o p a g a t i o n,a n d t h e g e o m e t r i c c h a r a c t e r i s t i c s o f p r i-m a r y c r a c k s a l s o h a v e a g r e a t i n f l u e n c e o n t h e c r a c k p r o p a g a t i o n l a w.T h i s s t u d y p r o v i d e s s o m e t h e o r e t i c a l g u i d a n c e f o r t h e l o n g-t e r m s t a b i l i t y e v a l u a t i o n o f t h e r e s e r v o i r b a n k r o c k m a s s.K e y w o r d s:T h r e e G o r g e s R e s e r v o i r a r e a;J u r a s s i c s o f t r o c k;w a t e r p r e s s u r e;c r a c k p r o p a g a t i o n;m e c h a n i-c a l m e c h a n i s m三峡库区广泛分布着侏罗系地层,该地层软岩所占比例较高,常含有较多的伊利石㊁蒙脱石等黏土矿物,受成岩环境及地质构造等因素的影响,岩石内部普遍发育各种形态的微空隙和微裂纹,强度较低,较易风化破碎[1-2]㊂而天然状态下岩石的力学强度及变形性质不仅取决于其自身特性,更受其所处的周围地质环境的影响,在影响岩体工程稳定性的诸多因素中,水环境是最不容忽视的重要影响因子之一,围绕水岩相互作用下岩石的变形破坏特征及岩石破坏机制等相关方面国内外学者也进行了大量的研究㊂邓华锋等[3]研究了干湿循环作用对岩石内部结构的损伤效应,发现岩石的微细观孔隙㊁裂隙会因该作用影响而逐渐发育㊁贯通,整体结构也变得松散㊂曹洋兵等[4]研究了不同含水率的花岗岩在单轴压缩条件下的变形破坏特征,认为低含水率时岩石以拉张破坏为主,随着含水率的增加岩石逐渐转为剪切破坏㊂张磊等[5]分析了红层软岩在浸水条件下裂纹扩展与破裂机制,认为初始微裂纹的存在会加速岩石的破裂,原生空隙及软弱部位为裂纹的优势扩展路径㊂孙刚[6]通过研究岩土体的结构与分形特征发现岩土体内部较大尺度的裂隙是影响其内部裂隙发育扩展规律的控制因素㊂周峙等[7]研究了三峡库区泥质粉砂岩的损伤破裂特性,认为岩石破坏的实质是其内部原生裂隙扩展贯通的结果㊂刘涛影等[8]研究了渗流压力作用下岩石的损伤破坏机制,认为水压力的存在加剧了裂纹的扩展速度与进程,使岩石更易产生宏观断裂㊂L i u等[9]研究了岩石中裂纹的发育㊁扩展和聚结机理,建立了岩石微裂纹的渐进破坏物理力学模型㊂许江等[10]研究了砂岩的细观剪切损伤特性,认为微裂纹起裂部位多位于破坏面附近,并有沿轴向扩展延伸的趋势,而垂直于该方向的裂纹发育较少,扩展不明显㊂L i等[11]通过耦合水压力对岩石的影响,探讨了岩石中裂纹扩展与轴向应变关系的微观-宏观联系㊂Z h a o等[12]发现渗流压力可加快岩石的破坏速度并使其径向应变增大㊁抗荷载能力降低㊂L i等[13]建立了考虑裂隙水压力影响的岩石脆性本构模型,该模型能够较好地模拟裂隙岩石的脆性特征以及裂隙萌生㊁扩展和聚集特性㊂H a o等[14]通过对多种岩石进行扭力测试试验发现水岩相互作用可以加速岩石亚裂纹的扩展㊁降低岩石的断裂韧性㊂Z h a o等[15]研究了岩石裂隙在不同水压和远场应力共同作用下的流变断裂行为,并提出了岩石裂纹流变断裂的等效B u r g e r s模型㊂从上述分析可知,水的作用会使岩石内部微细观结构特征发生变化,岩石的力学强度特性也会因此而改变,岩石也更容易产生宏观断裂破坏㊂对于三峡库区侏罗系软岩而言,库水改变了岸坡岩石内部的应力状态,也会与岩石内部的亲水矿物颗粒发生多种物理㊁化学反应,在这种长期累积多因素复合作用下,岩石便会产生不可逆的渐进劣化效应㊂因此,探究三峡库区侏罗系软岩在库水压力环境下微裂纹的萌生㊁扩展及贯通的物理力学机制,建立相应的水岩耦合三轴应力条件下的裂纹扩展模型对于库岸岩体长期稳定性的防护与治理具有重要的指导意义㊂本研究拟以三峡库区侏罗系典型软岩 沙溪庙组泥质粉砂岩为例,对其进行室内岩石力学试验系统(MT S)三轴压缩试验,在前人研究的基础上分析水压力作用下岩石的破坏模式和宏观破坏几何特征,并进一步从断裂力学与有效应力原理相结合的角度,探究水压力作用下侏罗系软岩裂纹起裂㊁扩展的物理力学机制,并建立相应的数学物理模型,旨在为涉水岩体的渐进破坏及稳定性预测与评估提供一定的理论依据㊂1室内试验及结果分析本研究岩样采自三峡库区万州区,为侏罗系沙溪庙组泥质粉砂岩,制成直径50mm㊁高100mm 的系列标准岩样,如图1所示,并随机选取3个试样进行饱和状态下的单轴压缩试验,试验曲线如图2所示,平均单轴抗压强度为14.8M P a,根据‘工程岩2Copyright©博看网. All Rights Reserved.第2期简文星等:水压力作用下三峡库区侏罗系软岩裂纹扩展规律及力学机制体分级标准:G B /T 50218-2014“[16]综合判断该岩石为典型软岩㊂图1 试验所用标准岩样F i g .1 S t a n d a r d r o c k s a m p l e s u s e d f o r t e s t i ng图2 侏罗系软岩单轴压缩试验曲线F i g .2 U n i a x i a l c o m pr e s s i o n t e s t c u r v e o f J u r a s s i c s o f t r o c k进一步对6组岩样进行了考虑水压力作用下的三轴压缩试验,试验所用仪器为MT S 815.03型岩石力学试验系统[17],该系统具有3套独立的伺服加载功能,可分别对岩样单独施加围压㊁水压力和轴向压力㊂在此先施加围压2M P a,待围压稳定后于试样端部进水口施加水压力,水压力大小依据不同库水深度处岩石所受的静水压力分别设置为0,0.1,0.3,0.5,0.8,1.0M P a,最后施加轴向荷载,直至岩石进入稳定的残余变形阶段便结束试验㊂试验所得应力-应变曲线如图3所示,其中不同水压力下的曲线用不同的颜色进行区分,σf 为对应的峰值抗压强度㊂分析图3可知,水压力对岩石的宏观强度有着较大的影响,水压力越大,岩石的峰值抗压强度σf越小,残余强度也总体呈现出减小的趋势㊂进一步对不同水压力下岩样的破坏特征进行分析,并作出相应的素描图,如图4所示,其中黑色粗线代表岩石断裂面上张开度较大的最大剪裂纹,黑色细线代表张开度次之㊁延伸距离较长的控制性破坏裂纹,灰色细线则代表张开度较小㊁延伸距离较短的次生微裂纹,量测并统计出岩石破坏后的最大剪裂纹长度及宏观破坏面与水平面的夹角,如表1所示㊂图3 不同水压力作用下侏罗系软岩应力-应变曲线F i g.3 S t r e s s a n d s t r a i n c u r v e o f J u r a s s i c s o f t r o c k s u n -d e r d i f f e r e n t w a t e r p r e s s u r e s表1 不同水压力作用下侏罗系软岩的破坏特征统计T a b l e 1 D a m a ge c h a r a c t e r i s t i c s t a t i s t i c s of J u r a s s i c s o f t r o c k s u n d e r d i f f e r e n t w a t e r p r e s s u r e s围压/M P a水压力/M P a 最大剪切裂纹长度/c m 宏观破坏面与水平面夹角/(ʎ)207.6550.18.5700.310.5670.510.8690.89.4741.011.576分析图3及表1可以发现,侏罗系软岩在不同水压力下的裂纹扩展特征有着显著的区别㊂由于受岩石内部矿物成分及结构构造等因素的影响,岩石自身具有各向异性,本研究试验数据也产生了一定的离散性,但随着水压力的增大软岩控制性破坏裂纹的长度及条数总体在逐渐增大,岩样整体贯通性也在逐渐增强,次生微裂纹的数目也在逐渐增多,呈现出一种网状的形态,说明水压力作用可加剧岩样的变形破坏程度㊂岩样的控制性破坏裂纹基本为剪切裂纹,部分岩样出现一定数目的张裂纹,次生裂纹出现在控制性裂纹附近㊂随着水压力的增大剪切裂纹的倾角也总体呈现出一定程度增大的趋势,这与许江等[18]对重庆地区细砂岩的研究结果基本一致㊂2 水压力作用下裂纹的起裂与扩展机制2.1原生裂纹的起裂受沉积环境及后期地质构造运动等因素的影响,三峡库区侏罗系泥质粉砂岩内部往往含有较多的微3Copyright ©博看网. All Rights Reserved.h t t p s ://d z k j q b .c u g.e d u .c n 地质科技通报2023年图4 不同水压力作用下侏罗系软岩的破坏形态与裂纹发育特征F i g .4 D e s t r u c t i o n m o r p h o l o g y a n d c r a c k d e v e l o pm e n t c h a r a c t e r i s t i c s o f J u r a s s i c s o f t r o c k s u n d e r d i f f e r e n t w a t e r p r e s s u r e s 裂隙和微孔隙,在此统称其为原生微裂纹,如图5-a 所示㊂在外界应力作用下原生微裂纹的两端部位会最先发生扩展,产生次生裂纹,由于岩石内部存在的原生微裂纹较多,在此以其中的任意一条为例进行分析,假设该裂纹与竖直方向的夹角为α,长度为2a ,建立考虑水压力的常规三轴应力状态下岩石简4Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第2期简文星等:水压力作用下三峡库区侏罗系软岩裂纹扩展规律及力学机制化受力模型如图5-b 所示,其中σ1㊁σ3及p w 分别表示岩样所受的轴向压力㊁围压及孔隙水压力㊂σ1.轴向压力;σ3.围岩;p w .水压力;α.裂纹与竖直方向的夹角;2a .裂缝长度;σn .正应力;τn .剪应力;下同图5 侏罗系泥质粉砂岩受力分析过程简化示意F i g .5 S i m p l i f i e d d i a g r a m o f t h e s t r e s s a n a l ys i s p r o c e s s o f J u r a s s i c a r gi l l a c e o u s s i l t s t o n e 则作用于原生微裂纹之上的正应力σn 和剪应力τn 的表达式为:σn =σ1+σ32+σ1-σ32c o s 2α(1)τn =σ1-σ32s i n 2α(2)考虑水压力的影响,则有效正应力σ'n 表达式为:σ'n=σ1+σ32+σ1-σ32c o s 2α-p w (3)剪应力促使原生微裂纹向两端扩展,而在σ1㊁σ2㊁σ3和p w 共同作用下产生的正应力促使原生微裂纹闭合并产生摩阻力,能够减小其向两端的扩展趋势,假设原生微裂纹处于闭合状态时仍具有内聚力,此时作用于其上的有效剪应力τe f f 应为:τe f f =σ1-σ32s i n 2α-μ(σ1+σ32+σ1-σ32c o s 2α-p w )(4)式中:μ为摩擦系数,μ=t a n φ;φ为岩石内摩擦角㊂水压力与应力作用下岩石的破裂效应主要有两种状态,即压剪状态和拉剪状态,由于试验模拟条件下有σ1>σ2=σ3>p w ,因此本研究的侏罗系软岩内部的原生微裂纹处于压剪状态㊂根据断裂力学理论[19-20]可知,裂纹扩展的方式主要有3种,分别是张开型(Ⅰ)㊁滑移型(Ⅱ)和撕裂型(Ⅲ),对应的应力强度因子分别为K Ⅰ㊁K Ⅱ㊁K Ⅲ,当原生微裂纹张开度极小或处于闭合状态时,应力强度因子可视为完全由有效剪应力决定[9,11,21],即闭合度较好的原生微裂纹可视为纯Ⅱ型裂纹,K Ⅰ和K Ⅲ趋向于0,K Ⅱ表达式如式(5)所示:K Ⅱ=τe f f πa =[σ1-σ32s i n 2α-μ(σ1-σ32+σ1-σ32c o s 2α-p w )]πa (5)式中:a 为原生裂纹长度的一半㊂当K Ⅱ>K Ⅱc 时,原生微裂纹将会起裂,即在两端产生次生裂纹,如图6所示,其中K Ⅱc 为岩石的Ⅱ型断裂韧度㊂图6 原生微裂纹受力起裂产生次生翼型裂纹F i g .6 P r i m a r y m i c r o c r a c k s c r a c k e d b y st r e s s t o p r o d u c e s e c o n d a r y ai r f o i l c r a c k s 以原生微裂纹端点为原点,建立极坐标系,次生裂纹上任意一点可用(r ,θ)表示,则在其尖端的径向㊁横向和剪应力分量可分别表示如下:σr =122πr [K Ⅰc o s θ2(3-c o s θ)+K Ⅱs i n θ2(3c o s θ-1)]σθ=122πr [K Ⅰc o s θ2(1+c o s θ)-3K Ⅱc o s θ2s i n θ]τr θ=122πr [K Ⅰc o s θ2s i n θ+K Ⅱc o s θ2(3c o s θ-1)](6)式中:r 为极径(m );极角θ取次生裂纹与原生微裂纹之间的夹角(ʎ)㊂当破坏材料中Ⅰ㊁Ⅱ型裂纹均有出现时,由最大周向应力判据[19-20]可知K Ⅰ㊁K Ⅱ有如下关系式:K Ⅰs i n θ+K Ⅱ(3c o s θ-1)=0(7)对式(7)进一步通过数学转换可求得θ为:θ=2a r c t a n [1ʃ1+8(K Ⅱ/K Ⅰ)2]4(K Ⅱ/K Ⅰ)(8)考虑到实际破坏情况,在此θ值取其中的较小值,即:θ=2a r c t a n [1-1+8(K Ⅱ/K Ⅰ)2]4(K Ⅱ/K Ⅰ)(9)由此可知原生微裂纹起裂角的大小主要与K Ⅱ/K Ⅰ的值有关,当K Ⅰң0时,K Ⅱ/K Ⅰ趋向于无5Copyright ©博看网. All Rights Reserved.h t t p s ://d z k j q b .c u g.e d u .c n 地质科技通报2023年穷大,此时:l i m K Ⅰң02a r c t a n [1-1+8(K Ⅱ/K Ⅰ)2]4(K Ⅱ/K Ⅰ)=70.5ʎ(10)因此,当岩石所受到的水压力远小于轴向应力时,其三轴压缩试验条件下对应的起裂角为最大破裂角70.5ʎ,次生裂纹在原生裂纹端部沿着此方向开始扩展㊂θ.次生纹与原生微裂纹之间的夹角;T .剪应力在原生裂纹端点产生的集中应力;T s i n α.垂直于次生裂纹的应力分量;l .次生裂纹的长度;其他物理量的含义同图5图7 三轴压缩及水压力作用下岩样受力简化示意图F i g .7 S c h e m a t i c d i a gr a m o f t h e s t r e s s o f t h e r o c k s a m -p l e u n d e r t r i a x i a l c o m pr e s s i o n a n d w a t e r p r e s s u r e 2.2次生裂纹的扩展次生裂纹的扩展路径具有逐渐平行于最大主应力方向的趋势[21-22],L i u 等[9]从次生翼型裂纹扩展的最终状态出发,将其简化为一条平行于最大主应力方向的直线,简化后的受力状况如图7-a 所示㊂但对于裂隙尖端次生裂纹而言,假设产生的次生裂纹长度为l ,由于初始产生的次生裂纹特别微小,处于张裂状态,Ⅱ型应力强度因子此时对其产生的影响可忽略不计,因此可将次生裂纹视为纯Ⅰ型裂纹,K Ⅱ取值为0,应力强度因子完全由K Ⅰ决定,根据断裂力学原理又可将应力强度因子K Ⅰ进一步看作K Ⅰa (l )和K Ⅰb (l )两部分共同作用的结果,其中K Ⅰa (l )为集中应力T s i n α在原生裂纹末端产生的强度因子,K Ⅰb (l )为应力σ3㊁p w 在次生裂纹尖端产生的强度因子,图7-b 为具体的受力分析图㊂其中T 为剪应力在原生裂纹端点产生的集中应力:T =2a τe f f ,则垂直于次生裂纹的应力分量为T s i n α,所以K Ⅰa ㊁K Ⅰb ㊁K Ⅰ(l )分别为:K Ⅰa (l )=T s i n απl =2a τe f fs i n απl(11)K Ⅰb (l )=-(σ3-p w )πl (12)K Ⅰ(l )=2a τe f fs i n απl-(σ3-p w )πl (13)岩石的Ⅰ型断裂韧度用K Ⅰc 表示,为岩石材料固有属性,当K Ⅰ(l )ȡK Ⅰc 时次生微裂纹端部将会开始扩展,岩石内部相邻的具有控制性的原生微裂纹与次生裂纹将会相互连接并贯通,而后便进一步形成较大尺度的整体宏观断裂破坏裂缝,如图8所示㊂图8 岩样三轴压缩试验裂纹贯通破坏过程F i g .8 C r a c k t h r o u g h f a i l u r e p r o c e s s o f r o c k s a m pl e s u n d e r t r i a x i a l c o m pr e s s i o n 2.3水压力对裂纹扩展长度的影响岩石的断裂破坏特性及裂纹扩展规律不仅与外界应力条件有关,更取决于岩石自身的物理力学属性,由于岩石裂纹的起裂是沿近似垂直于最大拉应力方向开裂[23],因此Ⅰ型断裂韧度在多数条件下对岩石破坏性的控制作用更强㊂为确定岩石的Ⅰ型断裂韧度参数K Ⅰc ,国内外学者进行了大量的研究,通过室内试验获取岩石K Ⅰc 的方法往往费用较高㊁较为复杂,结果精度也会因试样尺寸㊁试验条件及方法的不同而产生较大的差异㊂众多学者研究发现,K Ⅰc 作为岩石力学参数的一种,与抗压强度㊁抗拉强度㊁声波波速等均能建立起较好的相关关系[24-26]㊂根据万县市迁建城镇新址地质论证报告可知沙溪庙组泥质粉砂岩的平均饱和单轴抗压强度为20.8M P a ,采用李江腾等[24]提出的Ⅰ型断裂韧度随抗压强度变化关系式计算得其K Ⅰc 为0.547,在此将K Ⅰ(l )=K Ⅰc 时的裂纹扩展长度定义为临界扩展长度l c ,根据式(13)进一步变换可知l c 表达式如下:l c =14π-K Ⅰc +K Ⅰc +8a (σ3-p w )τe f fs i n ασ3-p w2(14)为探究轴向应力和围压一定时,不同水压力作用下岩石的裂纹扩展特性,在此轴向力σ1取6组试验峰值轴向应力的平均值,围压σ3依然取2MP a ,泊松比取不同水压下岩样的室内实测值[17],原生微裂纹倾角α及其长度2a 则取多组数值,按照式(14)计算并绘制出对应条件下的次生裂纹临界扩展长度如图9所示㊂分析图9可以发现,三峡库区侏罗系软岩的次生裂纹临界扩展长度整体呈现出随水压力增大而逐渐增大的趋势,原生微裂纹长度及其倾角大小对次6Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第2期简文星等:水压力作用下三峡库区侏罗系软岩裂纹扩展规律及力学机制生裂纹的扩展也有着较大的影响,相同水压力下,原生微裂纹长度2a越大则次生裂纹的临界扩展长度l c也越大,并且原生裂纹越长,曲线越陡倾;当原生微裂纹倾角α<45ʎ时,相同水压力下计算所得的l c 随α的增大而增大,而当α>45ʎ时,则呈现出相反的规律,α越大,l c则越小,α=45ʎ时,l c应取得最大值㊂可见原生微裂纹的扩展与其自身形状特征有很大的关系,水压力起到了促使裂纹扩展长度进一步增大的作用㊂分析认为,水压力的存在削弱了岩石内部裂纹表面的有效应力和整体结合力,可使岩石微裂纹产生应力集中及水楔劈裂效应,应力强度因子也随之增加,加剧了原生及次生裂纹的扩展㊁张开与聚集,因此便形成了大量网状微裂隙及贯通的破裂面,进而加速了岩石的破坏进程,并且水压力越大这种力学效应越明显㊂另外,从水-岩物理化学作用的角度而言,水的存在也能够使岩石中蒙脱石㊁伊利石等黏土矿物发生溶解或吸水膨胀,促使岩石内部微孔隙和微裂隙增多㊁增大,对岩石内部矿物颗粒的强度及粒间胶结度产生一定程度的软化和弱化,进而降低岩石的宏观抗剪强度,使得岩石在较小的外力荷载下便能产生较为严重的变形破坏㊂因此,水对岩石的损伤作用是水-岩力学作用㊁物理及化学共同作用的结果,水压力使得岩石的损伤破裂过程加速并提前㊂图9水压力及原生微裂纹形态特征对次生裂纹扩展的影响F i g.9 E f f e c t s o f w a t e r p r e s s u r e a n d p r i m a r y m i c r o c r a c k g e o m e t r y o n s e c o n d a r y c r a c k p r o p a g a t i o n3结论(1)水压力作用下侏罗系软岩的三轴压缩破坏模式以剪切破坏为主,部分出现一定的张拉破坏裂纹,水压力作用可加剧裂纹的扩展,控制性裂纹的长度及其与水平方向的夹角均随水压力的增大而增大,反映了水压力作用可对岩石产生一种楔裂张拉效应,使岩石的张拉破坏趋势更为明显㊂(2)原生微裂纹的起裂主要受KⅠ型应力强度因子控制,次生裂纹的扩展主要受KⅡ型应力强度因子控制,原生裂纹的起裂角为最大起裂角(70.5ʎ)㊂(3)水压力作用可以加剧裂纹的扩展程度,次生裂纹的扩展长度随水压力的增大而增大;原生裂纹的长度和倾角对次生裂纹的扩展也产生较大的影响:原生裂纹长度越大则次生裂纹的扩展长度也越大;对于倾角而言,当原生裂纹的倾角为45ʎ时,相同条件下次生裂纹的扩展长度近似达到最大值㊂参考文献:[1]简文星,殷坤龙,马昌前,等.万州侏罗纪红层软弱夹层特征[J].岩土力学,2005,26(6):901-905,914.J i a n W X,Y i n K L,M a C Q,e t a l.C h a r a c t e r i s t i c s o f i n c o m p e-t e n t b e d s i n J u r a s s i c r e d c l a s t i c r o c k s i n W a n z h o u[J].R o c k a n dS o i l M e c h a n i c s,2005,26(6):901-905,914(i n C h i n e s e w i t hE n g l i s h a b s t r a c t).[2]朱赛楠,李滨,冯振.三峡库区侏罗系泥岩C T损伤特性试验研究[J].水文地质工程地质,2016,43(1):72-78,104.Z h u S N,L i B,F e n g Z.R e s e a r c h o n C T d a m a g e c h a r a c t e r i s t i c so f t h e J u r a s s i c m u d s t o n e s i n t h e T h r e e G o r g e s R e s e r v o i r a r e a[J].H y d r o g e o l o g y&E n g i n e e r i n g G e o l o g y,2016,43(1):72-78,104(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t).[3]邓华锋,支永艳,段玲玲,等.水-岩作用下砂岩力学特性及微细观结构损伤演化[J].岩土力学,2019,40(9):3447-3456.D e n g H F,Z h i Y Y,D u a n L L,e t a l.M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o fs a n d s t o n e a n d d a m a g e e v o l u t i o n o f m i c r o s t r u c t u r e u n d e r w a-t e r-r o c k i n t e r a c t i o n[J].R o c k a n d S o i l M e c h a n i c s,2019,40(9):3447-3456(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t).[4]曹洋兵,陈玉华,张朋,等.单轴压缩条件下不同含水率黑云母二长花岗岩破坏特征与机制[J].地质科技通报,2021,40(3):163-172.C a o Y B,C h e n Y H,Z h a n g P,e t a l.F a i l u r e c h a r a c t e r i s t i c s a n dm e c h a n i s m o f b i o t i t e m o n z o g r a n i t e w i t h d i f f e r e n t w a t e r c o n-t e n t u n d e r u n i a x i a l c o m p r e s s i o n[J].B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i-e n c e a n d T e c h n o l o g y,2021,40(3):163-172(i n C h i n e s e w i t hE n g l i s h a b s t r a c t).[5]张磊,刘镇,周翠英.红层软岩浸水裂纹扩展试验与破裂机制分析[J].中山大学学报:自然科学版,2012,51(6):35-40.7Copyright©博看网. All Rights Reserved.h t t p s://d z k j q b.c u g.e d u.c n地质科技通报2023年Z h a n g L,L i u Z,Z h o u C Y.E x p e r i m e n t o f c r a c k p r o p a g a t i o n o f r e d-b e d s o f t r o c k i n w a t e r a n d m i c r o m e c h a n i c a l m e c h a n i s m o fc r a c k p r o p a g a t i o n[J].A c t a S c i e n t i a r u m N a t u r a l i u m U n i v e r s i-t a t i s S u n y a t s e n i,2012,51(6):35-40(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s ha b s t r a c t).[6]孙刚.基于显微C T扫描的膨胀岩土体的裂隙结构与分形特征研究[J].化工矿物与加工,2018,47(9):48-51,55.S u n G.S t u d y o n c r a c k s t r u c t u r e a n d f r a c t a l c h a r a c t e r i s t i c s o fe x p a n s i v e r o c k a n d s o i l b o d y b a s e d o n m i c r o s c o p i c C T s c a n[J].I n d u s t r i a l M i n e r a l s&P r o c e s s i n g,2018,47(9):48-51,55(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t).[7]周峙,张家铭,刘宇航,等.巴东组紫红色泥质粉砂岩损伤特性三轴试验研究[J].水文地质工程地质,2012,39(2):56-60,73.Z h o u Z,Z h a n g J M,L i u Y H,e t a l.A t r i a x i a l t e s t i n g s t u d y o f t h e d a m a g e c h a r a c t e r i s t i c s o f p u r p l e a r g i l l a c e o u s s i l t s t o n e o f t h e B a d o n g F o r m a t i o n[J].H y d r o g e o l o g y&E n g i n e e r i n g G e o l-o g y,2012,39(2):56-60,73(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t).[8]刘涛影,曹平,章立峰,等.高渗压条件下压剪岩石裂纹断裂损伤演化机制研究[J].岩土力学,2012,33(6):1801-1808.L i u T Y,C a o P,Z h a n g L F,e t a l.S t u d y o f f r a c t u r e d a m a g e e-v o l u t i o n m e c h a n i s m o f c o m p r e s s i o n-s h e a r r o c k c r a c k s u n d e rh i g h s e e p a g e p r e s s u r e[J].R o c k a n d S o i l M e c h a n i c s,2012,33(6):1801-1808(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t). [9] L i u H,L i L,Z h a o S,e t a l.C o m p l e t e s t r e s s-s t r a i n c o n s t i t u t i v em o d e l c o n s i d e r i n g c r a c k m o d e l o f b r i t t l e r o c k[J].E n v i r o n m e n-t a l E a r t h S c i e n c e s,2019,78(21):1-18.[10]许江,田傲雪,程立朝,等.砂岩双面剪切细观损伤特性试验研究[J].岩石力学与工程学报,2015,34(2):3642-3651.X u J,T i a n A X,C h e n g L C,e t a l.E x p e r i m e n t a l r e s e a r c h o n m e s o-d a m a g e c h a r a c t e r i s t i c o f d o u b l e s h e a r e d s a n d s t o n e[J].C h i n e s e J o u m n a l o f R o c k M e c h a n i c s a n d E n g i n e e r i n g,2015,34(2):3642-3651(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t). [11]L i Z,X i o n g Z,C h e n H,e t a l.A n a l y s i s o f s t r e s s-s t r a i n r e l a t i o n-s h i p o f b r i t t l e r o c k c o n t a i n i n g m i c r o c r a c k s u n d e r w a t e r p r e s-s u r e[J].B u l l e t i n o f E n g i n e e r i n g G e o l o g y a n d t h e E n v i r o n-m e n t,2020,79(4):1909-1918.[12]Z h a o Y,T a n g L,L i u Q,e t a l.T h e m i c r o d a m a g e m o d e l o f t h ec r a c k ed r o c k c o n s i de r i n g s e e p a g e p r e s s u r e[J].G e o t e c h n i c a l a n dG e o l o g i c a l E n g i n e e r i n g,2019,37(2):965-974.[13]L i Y,Z h o u H,Z h u W,e t a l.N u m e r i c a l i n v e s t i g a t i o n s o n s l o p es t a b i l i t y u s i n g a n e l a s t o-b r i t t l e m o d e l c o n s i d e r i n g f i s s u r e w a t e r p r e s s u r e[J].A r a b i a n J o u r n a l o f G e o s c i e n c e s,2015,8(12): 10277-10288.[14]H a o R,L i J,C a o P,e t a l.T e s t o f s u b c r i t i c a l c r a c k g r o w t h a n df r a c t u r e t o ugh n e s s u n d e r w a t e r-r o c ki n t e r a c t i o n i n t h r e e t y p e so f r o c k s[J].J o u r n a l o f C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y,2015,22(2): 662-668.[15]Z h a o Y,W a n g Y,W a n g W,e t a l.M o d e l i n g o f r h e o l o g i c a l f r a c-t u r e b e h a v i o r o f r o c k c r a c k s s u b j e c t e d t o h y d r a u l i c p r e s s u r ea n d f a r f i e l d s t r e s s e s[J].T h e o r e t i c a l a n d A p p l i e d F r a c t u r e M e-c h a n i c s,2019,101:59-66.[16]中华人民共和国水利部.工程岩体分级标准:G B/T50218-2014[S].北京:中国计划出版社,2013.M i n i s t r y o f W a t e r R e s o u r c e s,P R C.S t a n d a r d f o r e n g i n e e r i n gc l a s s i f i c a t i o n o f r o c k m a s s:G B/T50218-2014[S].B e i j i n g:C h i-n a P l a n n i n g P r e s s,2013(i n C h i n e s e).[17]潘永亮,简文星,杨光辉,等.水压力作用下三峡库区侏罗系软岩损伤演化特性研究[J].工程地质学报,2021,29(3):693-701.P a n Y L,J i a n W X,Y a n g G H,e t a l.D a m a g e a n d e v o l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s o f J u r a s s i c s o f t r o c k i n T h r e e G o r g e s R e s e r v o i ra r e a u n d e r w a t e r p r e s s u r e[J].J o u r n a l o f E n g i n e e r i n g G e o l o g y,2021,29(3):693-701(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t). [18]许江,杨红伟,彭守建,等.孔隙水压力-围压作用下砂岩力学特性的试验研究[J].岩石力学与工程学报,2010,29(8):1618-1623.X u J,Y a n g H W,P e n g S J,e t a l.E x p e r i m e n t a l s t u d y o f m e c h a n i c a l p r o p e r t y o f s a n d s t o n e u n d e r p o r e w a t e r p r e s s u r e a n d c o n f i n i n g p r e s s u r e[J].C h i n e s e J o u m n a l o f R o c k M e c h a n i c s a n d E n g i n e e r i n g, 2010,29(8):1618-1623(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t). [19]A n d e r s o n T L.F r a c t u r e m e c h a n i c s:F u n d a m e n t a l s a n d a p p l i c a-t i o n s[M].B o c a R a t o n:C R C P r e s s,2017.[20]唐辉明,晏同珍.岩体断裂力学理论与工程应用[M].武汉:中国地质大学出版社,1993.T a n g H M,Y a n g T Z.R o c k m a s s f r a c t u r e m e c h a n i c s t h e o r ya n d e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n[M].W u h a n:C h i n a U n i v e r s i t y o fG e o s c i e n c e s P r e s s,1993(i n C h i n e s e).[21]聂韬译,浦海,刘桂宏,等.渗流-应力耦合下的裂隙岩体劈裂模型研究[J].采矿与安全工程学报,2015,32(6):1026-1030,1036.N i e T Y,P u H,L i u G H,e t a l.R e s e a r c h o n s p l i t t i n g f a i l u r e m o d e l o f f r a c t u r e d r o c k m a s s u n d e r t h e c o u p l i n g e f f e c t o f s e e p-a g e-s t r e s s[J].J o u r n a l o f M i n i n g&S a f e t y E n g i n e e r i n g,2015,32(6):1026-1030,1036(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t).[22]赵延林,彭青阳,万文,等.高水压下岩体裂纹扩展的渗流-断裂耦合机制与数值实现[J].岩土力学,2014,35(2):556-564.Z h a o Y L,P e n g Q Y,W a n W,e t a l.S e e p a g e-f r a c t u r e c o u p l i n g m e c h a n i s m o f r o c k m a s s e s c r a c k i n g p r o p a g a t i o n u n d e r h i g h h y d r a u-l i c p r e s s u r e a n d n u m e r i c a l v e r i f i c a t i o n[J].R o c k a n d S o i l M e c h a n-i c s,2014,35(2):556-564(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t).[23]赵延林,王卫军,赵伏军,等.渗透压-应力作用下岩体翼形裂纹模型与数值验证[J].采矿与安全工程学报,2010,27(3): 370-376.Z h a o Y L,W a n g W J,Z h a o F J,e t a l.R o c k w i n g c r a c k s m o d e l u n d e r t h e a c t i o n o f h y d r a u l i c p r e s s u r e-s t r e s s a n d n u m e r i c a l v e r i f i c a t i o n[J].J o u r n a l o f M i n i n g&S a f e t y E n g i n e e r i n g,2010, 27(3):370-376(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t). [24]李江腾,古德生,曹平,等.岩石断裂韧度与抗压强度的相关规律[J].中南大学学报:自然科学版,2009,40(6):1695-1699.L i J T,G u D S,C a o P,e t a l.I n t e r r e l a t e d l a w b e t w e e n m o d e-Ⅰf r a c t u r e t o ugh n e s s a n d c o m p r e s si o n s t r e n g t h o f r o c k[J].J o u r-n a l o f C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y:S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y, 2009,40(6):1695-1699(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t).[25]邓华锋,朱敏,李建林,等.砂岩Ⅰ型断裂韧度及其与强度参数的相关性研究[J].岩土力学,2012,33(12):3585-3591.D e n g H F,Z h u M,L i J L,e t a l.S t u d y o f m o d e-Ⅰf r a c t u r et o u g h n e s s a n d i t s c o r r e l a t i o n w i t h s t r e n g t h p a r a m e t e r s o f s a n d-s t o n e[J].R o c k a n d S o i l M e c h a n i c s,2012,33(12):3585-3591(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t).[26]包含,伍法权,郗鹏程.岩石Ⅰ型断裂韧度估算及其影响因素分析[J].煤炭学报,2017,42(3):604-612.B a o H,W u F Q,X i P C.E s t i m a t i o n o f m o d eⅠf r a c t u r e t o u g h-n e s s o f r o c k a n d i t s i m p a c t f a c t o r s a n a l y s i s[J].J o u r n a l o f C h i-n a C o a l S o c i e t y,2017,42(3):604-612(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s ha b s t r a c t).8Copyright©博看网. All Rights Reserved.。
成都理工大学硕士学位论文四川红层地区水-岩作用时效性研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：地质工程指导教师：***20090501摘要四川地区红层水-岩作用时效性研究作者简介：王晓欣，女，1983年4月生，师从成都理工大学王运生教授，2009年5月毕业于成都理工大学地质工程专业，获得工学硕士学位。
摘要红层属于典型的层状岩体，其工程地质性质各向异性明显。
抗压、抗剪性均较差，力学强度低，遇水极易发生膨胀、软化和崩解，泥岩与水的长期作用还会产生泥化作用。
在一定程度上弱化泥岩的工程性状，降低红层边坡的稳定性，所以对红层水-岩作用时效性研究具有重要的现实意义。
本文通过对四川盆地红层库区岩样磨片试验、电镜扫描、崩解试验、力学试验和含水率试验的系统研究，揭示红层水-岩作用具有时效性，并得出以下几点认识：⑴红层水-岩作用与其岩性及成分有关：以伊利石和蒙脱石为主要矿物的泥岩、粉砂质泥岩，具有较强的亲水性，在水的作用下容易发生物理及化学变化，即发生软化、泥化作用，这种作用的结果是弱化红层岩体的工程性状；而水对砂岩、粉砂岩的影响就相对较弱。
⑵红层浸水后具有崩解性：崩解速度与风化程度、岩性和浸水时间等因素有关。
崩解作用在强风化的泥岩中表现尤为突出，相反弱风化的泥岩崩解速度较慢；泥质含量较高的红层岩石的崩解速度较快，浸水后呈层状剥落，崩解现象明显，砂岩则崩解速度较慢。
⑶红层水-岩作用降低岩石的力学性质：试验揭示弱风化的红层岩石干抗压强度较高而饱水后及强度有较大幅度的降低，和前人的研究结果类似，软化系数为0.5～0.55左右。
⑷红层水-岩作用具有时效性：浸水时间越长，岩石强度降低越多，但有阶段性的发展，开始下降较快，后来趋于稳定。
总体上软化系数在0.3～0.5之间，经过30～50年水库浸泡后软化系数较目前在实验室测得的降低10～20%。
⑸红层地区长期蓄水的水库水-岩作用会降低其库岸边坡的稳定性。
因此，水岩作用会直接影响库岸边坡的长期稳定性，本文所得的软化系数对库岸边坡的稳定性具有重要的参考价值。
第28卷 第2期 岩 土 工 程 学 报 Vol.28 No.22006年 2月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Feb., 2006非饱和土中有效应力及有关概念的解说与辨析汤连生1，颜 波1，张鹏程1,2，张庆华1（1. 中山大学地球与环境科学学院地球科学系岩土工程研究所，广东 广州 510275；2. 广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060）摘 要：对非饱和土中有效应力及其有关的诸如表面张力、基质吸力、湿吸力、本征结构吸力和可变结构吸力进行了系统的解说与辨析，由此提出了同时适应非饱和土和饱和土的统一的有效应力新概念及公式，并且结合特殊性土实例说明了非饱和土的有效应力公式。
关键词：非饱和土；表面张力；毛细现象；吸力；有效应力中图分类号：TU442 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2006)02–0216–05作者简介：汤连生(1963– )，男，博士，教授，博士生导师，主要从事岩土工程、地质工程、岩土化学力学及水–岩土相互作用等方面的教研工作。
Definition and exploration for effective stress and related conceptionin unsaturated soilTANG Lian-sheng1，YAN Bo1，ZHANG Peng-cheng1,2，ZHANG Qing-hua1(1. Department of Earth Sciences, Institute of Geotechnical Engineering, Zhongshan University, Guangzhou 510275, China;2. Guangzhou Uurban Planning Design and Survey Research Institute, Guangzhou 510060, China)Abstract: The effective stress for unsaturated soils was reviewed, and the surface tension, matrix potential, absorbed suction,intrinsic structure suction and variable structure suction were defined and discriminated rigorously. Then a new concept and theunified formula of effective stress for saturated soils as well as for unsaturated soils were proposed. The effective stress formulawas also analyzed by use of an actual case.Key words: unsaturated soil; surface tension; capillarity; suction; effective stress0 引 言土力学中许多基础性概念和理论的产生源于土壤学或土壤物理学。
