盐水作用对砂岩动态力学性能影响的试验研究

摘要

通过配制5种不同浓度的NaCl溶液模拟深部盐水层环境，将砂岩试件置于其中浸泡处理28 d后，测试其物理参数、矿物组成与微观形貌，研究其在盐水环境下的物理化学损伤规律。在此基础上，利用分离式霍普金森压杆（SHPB）装置进行冲击压缩试验，进一步分析盐水浸泡作用与砂岩动态力学行为之间的耦合机制。结果表明：随NaCl浓度的增加，试件质量增加率缓慢上升，而体积膨胀率与密度增长率呈小幅波动，波动幅度分别低于0.041%和0.089%。NaCl溶液主要促使Na⁺和试件表面Ca²⁺发生离子交换，并引发部分矿物溶蚀脱落。在NaCl质量分数小于10%时，试件的动抗压强度、动峰值应变、应变率及破碎平均粒径均逐渐下降；当质量分数大于10%后，动抗压强度、动应变和应变率则按幂函数关系上升，而平均粒径服从指数函数增长规律。与天然状态试件相比，经NaCl处理的砂岩动抗压强度、动应变、应变率和平均粒径均有所降低，且破坏程度更为显著。本研究揭示了深部盐水环境下砂岩试件力学性能的演化规律与损伤机制，可为该类地层中围岩长期稳定性评估提供理论依据。

关键词

岩石动力学 / 砂岩 / 盐水作用 / 冲击压缩 / 动态力学特性 / 应变率效应 / SHPB试验装置 / 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)