白鹤滩库首区砂岩结构多尺度演变机制

Multi-Scale Evolution Mechanism of Sandstone Structure in Baihetan Reservoir Head Region

摘要

干湿循环作用下岩石结构多尺度演变机制是工程地质领域热点问题之一，而由于其复杂的结构体系具有随机性和无序性，导致阐述岩石样品同一区域微观结构与宏观力学结构性质之间的关系极具挑战.以白鹤滩水电站近坝址区砂岩为研究对象，采用低场核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）、亚微米级CT扫描（μCT）、扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）等多种精细测试技术探究干湿循环作用下砂岩同一结构位置不同阶段力学性质、孔隙裂隙和矿物结构的演变特征.结果表明：粘土团聚结构中强亲水性矿物吸附水分子后，表面水化膜增厚，溶胀压力导致团聚体破坏；随着干湿循环次数增加，小孔隙数量、孔径增加，而大孔径孔隙并未呈现单调增加趋势；孔-裂隙连通性明显改善，导致砂岩单轴抗压强度呈现指数下降趋势，破裂面裂隙趋于复杂化.最后基于详细的微结构演变证据并结合矿物-水分子模拟揭示了砂岩结构多尺度演变机制.研究成果对由岩石结构劣化诱发的地质灾害研究具有重要意义.

关键词

砂岩 / 微结构 / 多尺度演变 / 干湿循环 / 矿物 / 工程地质

Key words

sandstone / microstructure / multi-scale structure evolution / cycles of wetting and drying / mineral / engineering geology

0 引言

岩石结构劣化演变是地球科学领域重要的研究课题之一，岩石结构的劣化往往导致岩石破坏，可能诱发严重的地质灾害.文献资料表明水的作用对岩石结构稳定性和物理性质有重要影响，特别是长期干湿循环作用导致的岩石力学强度降低是诱发地质灾害的重要因素（Tang et al.，2019；Yao et al.，2020），如水电站库区水位波动或降雨诱发的滑坡、崩塌等（李长冬等，2020；唐辉明等，2022）.因此，更好地了解干湿循环作用导致岩石劣化的规律及其对岩石结构劣化诱发的地质灾害研究具有重要意义.

当前与岩石材料物理力学演变特征相关的研究表明，随着干湿循环次数增加，岩石的单轴抗压强度、抗拉强度、三轴峰值强度、杨氏模量和动强度等参数均呈现明显下降趋势 （Gautam et al.，2013；Khanlari and Abdilor，2015；Ma et al.，2019；Yao et al.，2020）.而探索干湿循环下岩石物理力学性质劣化的内在机制，成为与岩石结构相关研究领域的关键问题（Zeng et al.，2020；于越等，2022；兰恒星等，2023）.Zhou et al.（2017）通过扫描电子显微镜观测了样品表面的微结构特征，发现经过干湿循环处理后岩石中微裂纹的生长和扩展是导致动态抗压强度降低的主要原因.为了直观地揭示水作用下岩体内部三维结构信息，Wang et al.（2021）采用CT扫描试验获取了CT数平均值，发现随着干湿循环次数的增加，砂岩的密度及其变化率均减小，结构劣化降低了试样的物理力学性能.Yao et al.（2020）获取的岩体三维CT值差异表明了岩体内部结构的密度或孔隙率比样品表面的物理结构受到的影响更晚.

为了进一步探究岩石内部的裂隙演变机制，Cai et al.（2020）获取了不同循环次数岩样的SEM图像，发现经过干湿循环处理后，颗粒间方解石胶结逐渐溶解，粒间裂隙密度和宽度增大.李志刚等（2022）通过电镜扫描测试发现，在干湿循环作用下，由于云母石英片岩的矿物颗粒间胶结弱化，岩石骨架变得松散，内部逐渐扩展开裂，进而导致抗剪性能劣化.陈钊等（2022）通过试验及应变场分析发现，随着干湿循环次数的增加，砂岩中的粘土矿物逐渐流失，结构变得松散，矿物颗粒间的胶结作用减弱，从而导致了砂岩粘聚力的减小.

综上所述，学者们主要从宏观物理力学尺度、孔-裂隙尺度和矿物（微观）尺度揭示了岩石在干湿循环作用下的变化，为岩石结构劣化研究提供了重要基础.但少有文献完整地揭示干湿循环作用下岩石结构劣化演变全过程.由于大多数岩石由石英、长石类、粘土矿物、碳酸盐矿物等多种细粒矿物组成（汤连生等，2002；黄宏伟和车平，2007；谢和平等，2015；韩钢等，2019），其内部结构具有随机性和无序性特征，获取其内部的详细演变信息极具挑战性.鉴于此，本文采用低场核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）、亚微米级CT扫描（μCT）、扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）等技术，通过在岩石样品同一结构位置进行连续追踪测试，获取了岩石结构演变过程中的关键细节，系统阐明了干湿循环作用下岩石结构多尺度演变机制.

1 试验概况

1.1　试样选取

试验试样取自我国西南地区白鹤滩水电站库首区三叠系飞仙关组砂岩（图1），该区域上下游的乌东德、白鹤滩、溪洛渡和向家坝4座巨型梯级水电站的总装机容量和发电量是世界上最大水电站三峡工程的两倍，是我国水电开发的主要区域之一（Jia et al.，2018），其中的白鹤滩水电站为我国第二大水电站，然而随着库区工程建设推进和蓄水后的水位涨落，导致该地区岩体结构的扰动破坏现象日趋增多，山体滑坡和崩塌等地质灾害逐渐显现.

现场剥离风化层取新鲜砂岩进行钻孔取样，并对制好的岩样进行声波测速，筛除声波差异较大的岩样.砂岩的干密度为2.60 g/cm^-3，平均密度为2.65 g/cm^-3，天然含水率为2.6%，XRD（布鲁克D8 Advance）矿物表明（表1）：样品中粘土总含量为38.2%，石英、长石和方解石的含量分别为40.8%、10.9%、9.1%，其他矿物约占1%.

1.2　试验方案

采用去离子水（pH=7.0）分析水对岩石结构劣化的影响，干湿循环1~15个周期.依据《工程岩体试验方法标准》（GB T 50266-2013）的规定，将试样放置于真空饱和缸中，注入去离子水，饱和缸中的水面应高于试样表面1~2 cm，抽气饱和后静置48 h.干燥温度设为105 ℃，干燥时间为12 h.处理后的岩石样本用于单轴压缩试验（样品尺寸为Φ50 mm×100 mm）、低精度μCT试验（分析单轴压缩试验试样的破坏特征）和内部结构测试分析（如图2所示）.

如图2，采用核磁共振和可视化技术，获取了同一区域岩石结构的连续演变信息，以揭示水作用下岩石内部结构劣化的演变特征.砂岩样品的孔隙结构采用低场核磁共振系统（MesoMR23-060H岩心核磁共振成像分析仪）测试，精确度为3%.核磁共振的磁场在X、Y、Z方向为0.3 T，梯度值为1 T/m.无线电频率（RF）范围为1~42 MHz，控制精度为0.01 Hz.根据核磁共振仪器的永磁体要求，在25.0±0.02 °C的恒定温度下进行核磁共振测试（样品尺寸为Φ50 mm×50 mm）.松弛时间T ₂与孔隙和孔喉的半径有关，其分布可用于估计样品孔隙结构分布（Müller-Huber et al.，2016）：

\frac{\mathrm{1}}{T_{\mathrm{2}}} \approx {\rho }_{\mathrm{2}} ( \frac{s}{v} )，(1)

r = {\rho }_{\mathrm{2}} T_{\mathrm{2}} F_s，(2)

式（1~2）中， s为孔隙表面积， v为孔隙体积， F_s为几何因子， {\rho }_{\mathrm{2}}为表面弛豫率，对于特定的砂岩， {\rho }_{\mathrm{2}} F_s为恒定值.因此，孔隙半径 r（μm）随着弛豫时间T ₂的增大而增大.

采用高精度μCT可视化技术探究岩石内部同一区域的孔隙和裂隙演变特征（孟杰等，2023）.试验中使用蔡司Xradia 520 Versa 3D X射线显微镜，其两级放大技术，可使显微镜最大空间分辨率达0.7 μm.对同一区域试样进行追踪，并采用分辨率为1.2 μm的扫描精度获取不同阶段的结构演变信息，每次采样时间为4 h.采用Avizo进行三维微观结构重建，并提取孔隙结构，进一步构建三维孔隙网络模型（PNM）.

进一步采用SEM进行多区域监测，连续追踪同一微观结构在不同阶段的演变特征，以确定孔隙、裂隙演变与矿物结构间的关系.为了充分掌握微观结构的变化，我们观察了在同一位置下不同干湿循环作用阶段（每个区域划分为6个观察区）的结构演变特征，并采用离子减薄技术对样本进行处理，以分析干湿循环前后关键矿物界面结构的演变特征.

2 试验结果分析

2.1　宏观物理力学分析

干湿循环对岩石的宏观物理力学性能有着明显的影响，导致岩石的力学性能产生一定程度的劣化，且岩石的劣化损伤也会随着干湿循环次数的增加而累积.基于单轴压缩试验（仪器的加载速率为0.01 mm/s）结果并结合CT扫描技术揭示了砂岩的宏观物理力学特征.

如图3所示，随着干湿循环次数的增加，砂岩的单轴抗压强度逐渐降低，呈现明显的指数下降趋势，其随干湿循环劣化规律拟合公式为：

U C S_n = A_{\mathrm{1}} {\mathrm{e}}^{-\frac{n}{t}} + b,(3)

式（3）中，UCS_n 为砂岩在第n次干湿循环后的单轴抗压强度，MPa；n为砂岩干湿循环的次数；A ₁、t、b均为拟合系数.

根据相关数据拟合分析，当A ₁=46，t=6.17，b=34.85，其拟合公式为：

U C S_n = \mathrm{46} e^{-\frac{n}{\mathrm{6.17}}} + \mathrm{34.85} .(4)

该拟合公式的相关性系数R ²=0.992，表明该公式的拟合效果非常好，由此可知岩石试样的单轴抗压强度随着干湿循环次数的增加呈现明显的指数变化关系.单轴抗压强度变化率随着干湿循环次数的增加而逐渐降低，第1次干湿循环的单轴抗压强度变化率最大，为0.11；经过7次干湿循环后，砂岩的单轴抗压强度从初始的82.40 MPa下降至49.39 MPa，表明干湿循环对试样单轴抗压强度的影响呈逐渐减弱趋势.

图4为试样经历不同干湿循环和单轴压缩试验后的破坏图像，随着干湿循环次数的增加岩石破碎程度明显加剧.为了探究岩石的内部演变特征，采用CT扫描技术对试样的破裂面进行三维重构，如图5所示，试样在单轴压缩下经加载产生破坏，随着干湿循环次数的增加，由简单的裂缝破坏转变为复杂的裂缝破坏.试件内部裂纹逐渐增多；裂纹试件的损伤程度也明显增加.经过15次干湿循环后，试样损伤程度非常严重（由于标本破碎程度严重，很难精确修复用于三维重建分析）.因此，为了更详细地跟踪岩石内部演变特征，进一步采用多种高精度技术，对不同干湿循环阶段其内部演变细节进行了探究.

2.2　孔-裂隙演变特征

干湿循环对砂岩结构的损伤破坏是一个渐进的过程.为了分析干湿循环过程对砂岩孔径演变的影响，对砂岩试样进行了核磁共振试验.如图6所示，在干湿循环过程中，不同循环次数下砂岩的T ₂图均呈现出双峰特性.随着循环次数的增加，第一个谱峰的位置右移且面积占比较大，而第二谱峰的位置未见有显著移动，两个谱峰的T ₂谱幅值均逐渐增大.这表明在干湿循环过程中，砂岩内部主要以小孔径为主，小孔隙信号逐渐增强，且其孔径呈现逐渐缓慢增大的趋势，而大孔隙信号并未呈现单调增加的趋势.

为了探究岩石在干湿循环过程中的三维裂隙演变特征，对试样进行了三维重建，采用分水岭算法（孟杰等，2023）将孔隙空间分离为一组连通标记的孔隙，该算法可以高效地分割孔隙.砂岩孔隙连通性网络为无标度网络，孔隙节点间的连接具有明显的非均匀分布的特征.如图7所示，随着干湿循环次数的增加，较小尺寸孔隙数量呈现了明显的增加趋势，但大孔隙的扩展并未与循环次数呈现明显的相关变化规律，而是在干湿循环过程中呈现出反复增减的特征.

为进一步揭示岩石内部的孔、裂隙连通性的演变特征，基于孔隙空间分割结果生成PNM.在PNM中，节点是相邻孔隙之间的连接点，代表由一个键连接的孔隙.如图8所示，为选取图7试样中孔隙结构变化较大的区域，其中不同颜色的球体代表孔隙体的位置和大小，每条红条代表一个键，其半径与孔喉半径或面积有关.为了定量分析岩石内部孔裂隙连通性随干湿循环次数变化特征，选取考虑由具有特定大小范围的节点和键组成的网络的拓扑结构-连通性函数进行评价（Wei et al.，2019；Vogel and Roth，2001）：

{\chi }_v = \frac{N_n-N_b}{V},(5)

式（5）中， {\chi }_v为孔隙网络模型的特定欧拉数，表征多孔空间孔隙连通程度；N_n、N_b 分别为孔隙网络孔隙（节点）数目与孔喉（键）数目；V为选取孔隙网络模型体积.

在未进行干湿循环处理时，岩石孤立孔隙较多，孔喉较少，孔隙、裂隙之间的连通性较差，大部分孔隙、裂隙独立存在.随着干湿循环增加，小孔隙、微小裂隙的进一步扩展，孔喉逐渐增多，孔隙欧拉数呈现增大趋势，由初始的81.79增至15次干湿循环后的117.16，表明孔隙连通性显著改善，进而导致岩石内部团聚结构逐渐劣化.

2.3　矿物团聚结构演变特征

为研究干湿循环作用下砂岩微观结构演变特征与规律，使用SEM追踪不同干湿循环次数下，砂岩内部不同粘土矿物团聚结构内部、边缘以及其他矿物结构中的微裂隙在不同阶段的演变特征.如图9所示，捕获了粘土矿物团聚结构内部微裂隙演变的SEM的图像证据，在3次干湿循环作用后，该团聚结构发生破坏，矿物颗粒发生崩解，经历15次干湿循环作用后，粒间裂隙发生极大程度扩展.这是导致宏观结构破坏裂隙增多的关键因素.

如图10所示，在首次干湿循环后，团体矿物团聚体周边裂隙明显增大，随干湿循环次数增加，该裂隙不断拓展；在6次干湿循环作用后，矿物结构发生明显破坏；此外，观测到石英结构中的微裂隙并未随干湿循环次数的增加而产生变化.表明不同的粘土矿物团聚体诱导了裂隙拓展和增加.

3 讨论

在研究中获取了岩石内部微观结构的详细演变信息，特别是捕捉到了粘土矿物的详细演变信息，它被诸多研究认为是导致岩石力学损伤的关键机制.岩石损伤始于微观尺度（或矿物分子尺度），并扩散到更大的尺度，粘土矿物结构失效是导致结构破坏的直接原因，而粘土矿物与水的相互作用受静电引力、水化斥力和外部压力（裂缝之间闭合应力）之间的平衡影响，该过程表现为：由于粘土特殊的层状结构和表面对水较强的吸附性，形成了矿物表面的水化层，随着水化膜增厚进而引发的膨胀行为.

由于不同粘土矿物的结构特性不同，其亲水性也有很大的差异.试验和分子动力学模拟结果表明（Massat et al.，2016； Rahromostaqim andSahimi，2018），蒙脱石比伊利石亲水，是膨胀的主要矿物；伊蒙石混合层的膨胀性取决于组成比：高比例的蒙脱石有助于提高了膨胀性；高岭石矿物的部分晶面具有亲水性，但与伊利石和伊利石/蒙脱石相比，其膨胀性较差.因此，蒙脱石的膨胀行为是导致团聚结构破坏的主要因素.蒙脱石的干密度可表示为：

\rho = \frac{m}{V+V_{in}},(6)

式（6）中， \rho为干密度，m为矿物的固体质量， V为体积， V_{in}是层与层之间的空间体积.

如图11所示，矿物表面在充分吸附水分子后，水化膜增厚，由于 V_{in}增大，产生法向膨胀压力.水化膜增厚可通过分子动力学计算获取，基于Clayff （Cygan et al.，2004）力场并采用Gromacs软件计算了蒙脱石z方向上的变化（模拟中限制了其x、y方向的移动）.因此，蒙脱石的膨胀压力随层间距离的变化可表示为（Sun et al.，2015）：

P_s = \frac{k\times \mathrm{\Delta }z}{S},(7)

式（7）中， P_s为蒙脱石的膨胀压力， k为弹簧力常数，Δz为平衡状态时层间距变化，S为矿物表面积.在较低密度团聚结构中，当 \rho为1.0 g/cm³时， P_s约为5 MPa，表现为团聚结构膨胀填充孔-裂隙空间，导致部分较大孔隙被填充为多个小孔隙，进一步地揭示了大孔隙的扩展并未与循环次数呈现明显的变化规律的机制.在较高密度区域，当 \rho为1.8 g/cm³， P_s约为21 MPa，在裂隙法向上产生较大的膨胀压力，导致裂缝扩展，且孔隙的数量增加，特别是孔-裂隙连通性显著改善，提供了潜在的破裂面，从而导致干湿循环初期单轴抗压强度呈现指数型降低的趋势，且变化率较大.随着干湿循环次数增加，粘土矿物膨胀的增加，连通性进一步改善，潜在的破破面数量增多，因此破坏面不规则程度在不断增加.膨胀的增加的同时，团聚结构的干密度降低，膨胀压力逐渐释放，即裂隙空间增大，干密度减小到一定数值，膨胀压力减小.而低密度团聚结构体吸水膨胀导致了较大孔隙进一步被填充.因此宏观上表现为随着干湿循环次数的增加膨胀压力逐渐释放，直至水化的膨胀作用小于团聚结构的外部压力，进而导致在循环次数达到一定范围后，干湿作用对岩石的强度的影响呈逐渐减小的趋势.

长期以来，虽然学者们普遍认为粘土矿物在水作用下的膨胀是导致多种岩石多尺度演变的关键机制，包括砂岩、泥岩等（Zhao et al.，2018；Guo et al.，2021；Li et al.，2021），但由于缺乏详细演变过程的证据，并未很好地表述粘土矿物团聚结构是如何演变的.大多在水处理后的微观结构观测研究中，无法准确观察岩石样品同一区域（不同观测区域的微观组织特征存在本质差异）的连续变化，而这项研究采用了多种技术，对同一结构演变进行连续追踪测试，降低了由于岩石内部微结构无序性而导致的随机性结构的干扰.本文基于详细的演变过程有助于深入到矿物分子尺度的研究，特别是阐明矿物与水界面作用机制诱发的微结构演变（图11），进而对宏观力学特征产生显著影响，对诸多与岩石结构损伤相关领域的探索具有广泛的研究意义.

4 结论

本研究采用核磁共振NMR、亚微米级μCT、高精度SEM等多种技术，对岩石样品同一结构演变进行连续追踪测试，降低了由于岩石内部微结构无序性而导致的随机性结构对捕获演变信息的干扰.获取了岩石结构演变过程中的关键细节，阐明了干湿循环作用引起岩石结构多尺度演变的机制.

（1） 强亲水性矿物表面在充分吸附水分子后，水化膜增厚，产生溶胀压力.高密度团聚结构体吸水后，导致裂隙拓展，低密度团聚结构体吸水后，较大孔隙被填充.

（2） 随着干湿循环次数增加，内部结构性劣化，矿物颗粒连接减弱，粒间裂隙数量增加，裂隙逐渐扩展，最终导致团聚结构破坏，矿物颗粒发生崩解脱落.

（3） 随着干湿循环次数的增加，小孔隙的数量和孔径增加，孔-裂隙连通性明显改善，而大孔径孔隙并未呈现单调增加的趋势.

（4） 随着干湿循环次数的增加，砂岩的单轴抗压强度呈现指数下降的变化，其变化率呈现先增大后减小的规律；同时破裂面的不规则程度在不断增加，且破裂面裂隙趋于复杂化.

参考文献

[1] Cai,X.,Zhou,Z. L.,Tan,L. H.,et al.,2020. Fracture Behavior and Damage Mechanisms of Sandstone Subjected to Wetting-Drying Cycles. Engineering Fracture Mechanics,234:107109. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2020.107109

[2] Chen,Z.,Lan,H.X.,Liu,S.J.,et al.,2022. Mechanism of Tensile Strength Degradation and Damage Mode of the Shigatse Sandstone under the Action of Dry and Wet Cycles. Earth Science (in Chinese with English abstract)(in press).

[3] Cygan,R. T.,Liang,J. J.,Kalinichev,A. G.,2004. Molecular Models of Hydroxide,Oxyhydroxide,and Clay Phases and the Development of a General Force Field. The Journal of Physical Chemistry B,108(4):1255-1266. https://doi.org/10.1021/jp0363287

[4] Gautam,T. P.,Shakoor,A.,2013. Slaking Behavior of Clay-Bearing Rocks during a One-Year Exposure to Natural Climatic Conditions. Engineering Geology,166:17-25. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2013.08.003

[5] GB/T 50266-2013.Standard for Test Methods of Engineering Rock Masses. China Planning Press,Beijing (in Chinese).

[6] Guo,P. Y.,Gu,J.,Su,Y.,et al.,2021. Effect of Cyclic Wetting-Drying on Tensile Mechanical Behavior and Microstructure of Clay-Bearing Sandstone. International Journal of Coal Science & Technology,8(5):956-968. https://doi.org/10.1007/s40789-020-00403-3

[7] Han,G.,Zhou,H.,Chen,J.L.,et al.,2019. Engineering Geological Properties of Interlayer Staggered Zones at Baihetan Hydropower Station. Rock and Soil Mechanics,40(9):3559-3568,3575(in Chinese with English abstract).

[8] Huang,H.W.,Che,P.,2007. Research on Micro-Mechanism of Softening and Argillitization of Mudstone. Journal of Tongji University (Natural Science),35(7):866-870 (in Chinese with English abstract).

[9] Jia,C. J.,Xu,W. Y.,Wang,R. B.,et al.,2018. Experimental Investigation on Shear Creep Properties of Undisturbed Rock Discontinuity in Baihetan Hydropower Station. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,104:27-33. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2018.02.011

[10] Khanlari,G.,Abdilor,Y.,2015. Influence of Wet-Dry,Freeze-Thaw,and Heat-Cool Cycles on the Physical and Mechanical Properties of Upper Red Sandstones in Central Iran. Bulletin of Engineering Geology and the Environment,74(4):1287-1300. https://doi.org/10.1007/s10064-014-0691-8

[11] Lan,H.X.,Lü,H.T.,Bao,H.,et al.,2023.Advances in Degradation and Instability Mechanism of Grotto Temple Rock Mass. Earth Science,48(4):1603-1633 (in Chinese with English abstract).

[12] Li,C.D.,Long,J.J.,Jiang,X.H.,et al.,2020. Advance and Prospect of Formation Mechanism for Reservoir Landslides. Bulletin of Geological Science and Technology,39(1):67-77 (in Chinese with English abstract).

[13] Li,X. S.,Peng,K.,Peng,J.,et al.,2021. Experimental Investigation of Cyclic Wetting-Drying Effect on Mechanical Behavior of a Medium-Grained Sandstone. Engineering Geology,293:106335. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2021.106335

[14] Li,Z.G.,Ye,H.L.,Dai,Y.Y.,et al., 2022. Deterioration Pattern and Mechanism of Shear Resistance of Mica-Quartz Schist under the Action of Dry and Wet Cycles. Earth Science (in Chinese with English abstract)(in press).

[15] Ma,C.,Zhan,H. B.,Zhang,T.,et al.,2019. Investigation on Shear Behavior of Soft Interlayers by Ring Shear Tests. Engineering Geology,254:34-42. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2019.04.002

[16] Massat,L.,Cuisinier,O.,Bihannic,I.,et al.,2016. Swelling Pressure Development and Inter-Aggregate Porosity Evolution upon Hydration of a Compacted Swelling Clay. Applied Clay Science,124-125:197-210. https://doi.org/10.1016/j.clay.2016.01.002

[17] Meng,J.,Li,C.D.,Yan,S.Y.,et al.,2023.3D Imaging Characteristics of Pore and Fracture of Tight Sandstone in Baihetan Reservoir Area Based on μCT Technology. Bulletin of Geological Science and Technology,42(1):20-28 (in Chinese with English abstract).

[18] Müller-Huber,E.,Schön,J.,Börner,F.,2016. Pore Space Characterization in Carbonate Rocks:Approach to Combine Nuclear Magnetic Resonance and Elastic Wave Velocity Measurements. Journal of Applied Geophysics,127:68-81. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2016.02.011

[19] Rahromostaqim,M.,Sahimi,M.,2018. Molecular Dynamics Simulation of Hydration and Swelling of Mixed-Layer Clays. The Journal of Physical Chemistry C,122(26):14631-14639. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b03693

[20] Sun,L. L.,Hirvi,J. T.,Schatz,T.,et al.,2015. Estimation of Montmorillonite Swelling Pressure:A Molecular Dynamics Approach. The Journal of Physical Chemistry C,119(34):19863-19868. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b04972

[21] Tang,H.M., Li,C.D., Gong,W.P., et al., 2022. Fundamental Attribute and Research Approach of Landslide Evolution. Earth Science, 47(12):4596-4608（in Chinese with English abstratct）.

[22] Tang,H. M.,Wasowski,J.,Juang,C. H.,2019. Geohazards in the Three Gorges Reservoir Area,China—Lessons Learned from Decades of Research. Engineering Geology,261:105267. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2019.105267

[23] Tang,L.S.,Zhang,P.C.,Wang,S.J.,2002. Testing Study on Macroscopic Mechanics Effect of Chemical Action of Water on Rocks. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,21(4):526-531 (in Chinese with English abstract).

[24] Vogel,H. J.,Roth,K.,2001. Quantitative Morphology and Network Representation of Soil Pore Structure. Advances in Water Resources,24(3/4):233-242. https://doi.org/10.1016/s0309-1708(00)00055-5

[25] Wang,C.,Pei,W. S.,Zhang,M. Y.,et al.,2021. Multi-Scale Experimental Investigations on the Deterioration Mechanism of Sandstone under Wetting-Drying Cycles. Rock Mechanics and Rock Engineering,54(1):429-441. https://doi.org/10.1007/s00603-020-02257-2

[26] Wei,T. T.,Fan,W.,Yuan,W. N.,et al.,2019. Three-Dimensional Pore Network Characterization of Loess and Paleosol Stratigraphy from South Jingyang Plateau,China. Environmental Earth Sciences,78(11):333. https://doi.org/10.1007/s12665-019-8331-z

[27] Xie,H.P.,Gao,F.,Ju,Y.,2015. Research and Development of Rock Mechanics in Deep Ground Engineering. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,34(11):2161-2178 (in Chinese with English abstract).

[28] Yao,W. M.,Li,C. D.,Zhan,H. B.,et al.,2020. Multiscale Study of Physical and Mechanical Properties of Sandstone in Three Gorges Reservoir Region Subjected to Cyclic Wetting-Drying of Yangtze River Water. Rock Mechanics and Rock Engineering,53(5):2215-2231. https://doi.org/10.1007/s00603-019-02037-7

[29] Yu,Y.,Li,C. D.,Hong,W. B.,et al.,2022. Strength Characteristics and Structural Damage of Red Sandstone in Baihetan Xiaoba Formation under Wetting-Drying Cycles. Safety and Environmental Engineering,29(4):24-32,54(in Chinese with English abstract).

[30] Zeng,Z. X.,Kong,L. W.,Wang,M.,et al.,2020. Effects of Remoulding and Wetting-Drying-Freezing-Thawing Cycles on the Pore Structures of Yanji Mudstones. Cold Regions Science and Technology,174:103037. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2020.103037

[31] Zhao,Y. F.,Ren,S.,Jiang,D. Y.,et al.,2018. Influence of Wetting-Drying Cycles on the Pore Structure and Mechanical Properties of Mudstone from Simian Mountain. Construction and Building Materials,191:923-931. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.10.069

[32] Zhou,Z. L.,Cai,X.,Chen,L.,et al.,2017. Influence of Cyclic Wetting and Drying on Physical and Dynamic Compressive Properties of Sandstone. Engineering Geology,220:1-12. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2017.01.017

[33] 陈钊,兰恒星,刘世杰,等,2022.干湿循环作用下石窟寺砂岩的抗拉强度劣化机理及破坏模式.地球科学(待刊).

[34] GB/T 50266-2013,工程岩体试验方法标准，北京：中国计划出版社.

[35] 韩钢,周辉,陈建林,等,2019. 白鹤滩水电站层间错动带工程地质特性. 岩土力学,40(9):3559-3568,3575.

[36] 黄宏伟,车平,2007. 泥岩遇水软化微观机理研究. 同济大学学报(自然科学版),35(7):866-870.

[37] 兰恒星,吕洪涛,包含,等,2023.石窟寺岩体劣化机制与失稳机理研究进展.地球科学,48(4):1603-1633.

[38] 李长冬,龙晶晶,姜茜慧,等,2020. 水库滑坡成因机制研究进展与展望. 地质科技通报,39(1):67-77.

[39] 李志刚,叶宏林,代云云,等,2022. 干湿循环作用下云母石英片岩抗剪性能劣化规律及机理.地球科学(待刊).

[40] 孟杰,李长冬,闫盛熠,等,2023. 基于μCT技术的白鹤滩库区致密砂岩孔-裂隙三维成像特征研究. 地质科技通报,42(1):20-28.

[41] 唐辉明,李长冬,龚文平,等,2022.滑坡演化的基本属性与研究途径.地球科学,47(12):4596-4608.

[42] 汤连生,张鹏程,王思敬,2002.水-岩化学作用的岩石宏观力学效应的试验研究. 岩石力学与工程学报,21(4):526-531.

[43] 谢和平,高峰,鞠杨,2015. 深部岩体力学研究与探索. 岩石力学与工程学报,34(11):2161-2178.

[44] 于越,李长冬,洪望兵,等,2022.干湿循环作用下白鹤滩小坝组红层砂岩强度特性与结构损伤研究.安全与环境工程,29(4):24-32,54.

基金资助

国家自然科学基金重大项目课题(42090054)

湖北省自然科学基金创新群体(2022CFA002)

白鹤滩库区红层工程特性研究项目(KY2019HDJS07)