酸碱腐蚀作用下含孔砂岩试件动力学性能试验研究

摘要

以标准环形含孔砂岩试件（外径50 mm、内径10 mm）为研究对象，通过28 d的酸碱溶液腐蚀试验（酸性组pH=5，碱性组pH=9）分析腐蚀环境对试件物理参数、矿物组成及微观结构的演化规律，并基于分离式霍普金森压杆（SHPB）动态冲击压缩试验探究酸碱腐蚀与砂岩物理化学损伤机制及动态力学行为的耦合关系。结果表明：酸性环境主要引发Na⁺,Al³⁺,Fe³⁺等阳离子溶蚀并伴随硅酸（H₂SiO₃^-）白色沉淀物生成；碱性环境则主要产生Al（OH）₄^-和H₂SiO₄^2-等可溶性产物。试件的动抗压强度和动弹性模量随冲击速度呈指数规律递增，而动应变峰值及平均应变率则符合二次函数增长规律；碱性腐蚀环境下试件的动抗压强度和动弹性模量优于酸性腐蚀环境，但酸碱腐蚀环境下试件的各项动态力学性能参数较中性环境试件均显著劣化。此外，随着冲击速度的提升，试件破碎程度加剧，碎片平均粒径呈递减趋势。本研究结果揭示了化学–力学耦合作用下含孔砂岩的损伤累积机制，可为地下工程岩体的长期稳定性评估提供理论依据。

关键词

砂岩 / 动力学特性 / 酸碱腐蚀 / 冲击速度 / 冲击压缩 / SHPB试验装置 / 损伤机理 / 深部工程

基金资助

国家自然科学基金项目(52074005,52074006); 安徽省自然科学基金项目(1808085ME134); 安徽省博士后基金项目(2015B058)