干湿循环作用下石窟砂岩的抗拉强度劣化机理及破坏模式

陈钊; 兰恒星; 刘世杰; 都奎建

doi:10.3799/dqkx.2022.149

地球科学 ›› 2024, Vol. 49 ›› Issue (02) : 612 -624. DOI: 10.3799/dqkx.2022.149

干湿循环作用下石窟砂岩的抗拉强度劣化机理及破坏模式

陈钊 ¹ ,
兰恒星 ¹^,² ,
刘世杰 ¹ ,
都奎建 ¹

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Mechanism and Failure Mode of Tensile Strength Deterioration of Shikuosi Sandstone under Dry and Wet Cycling

Zhao Chen ¹ ,
Hengxing Lan ¹^,² ,
Shijie Liu ¹ ,
Kuijian Du ¹

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摘要

干湿循环作用对石窟砂岩影响严重，造成了大量石窟砂岩的悬臂拉裂式破坏. 通过室内干湿循环试验、巴西劈裂试验以及应变场分析等方法，分析了不同干湿循环次数下试样的内摩擦角φ、粘聚力c、微观结构、以及应变场特征的变化规律. 研究发现随着干湿循环次数的增加，粘土矿物逐渐流失，结构变得松散，矿物颗粒间的胶结作用减弱，导致了砂岩粘聚力c的减小. 同时由于砂岩内部颗粒形状以及孔隙结构的变化改变了颗粒间的接触关系，导致了内摩擦角φ的减小，最终造成了其拉裂力学性质的劣化. 最后结合试样的破坏过程及裂纹展布总结出了不同干湿循环作用下石窟砂岩的两种破坏模式.