初始损伤–载荷–冻融作用下红砂岩的孔隙结构及力学特性

王飞; 高明忠; 邱冠豪; 汪亦显; 周昌台; 王之禾

doi:10.15961/j.jsuese.202100380

工程科学与技术 ›› 2022, Vol. 54 ›› Issue (06) : 194 -203. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100380

初始损伤–载荷–冻融作用下红砂岩的孔隙结构及力学特性

王飞, 高明忠, 邱冠豪, 汪亦显, 周昌台, 王之禾

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摘要

中国西部寒区岩体内普遍存在裂隙等初始损伤，而载荷和冻融作用会极大地削弱裂隙岩体的强度，进而引发工程灾害。为了准确评估载荷和冻融对寒区不同损伤岩体孔隙结构及力学性质的影响，采用核磁共振技术依次测试红砂岩在初始损伤、循环载荷、冻融循环3个阶段后的孔隙度、T2谱分布等微观孔隙参数；随后，对损伤后试样进行声发射监测下单轴加载测试。结果表明：载荷或冻融作用对不同初始损伤红砂岩孔隙结构和力学性质有相似的影响规律。具体来说，随着力学循环加载，红砂岩的孔隙度增大，以原有孔隙扩展为主；随着冻融循环作用，红砂岩的孔隙度继续增大，以新增小孔隙和原有孔隙扩展为主。载荷、冻融都将导致试样强度、弹性模量的损伤，单一冻融作用下，红砂岩试样强度损伤为5%～10%；但在载荷、冻融先后作用下，试样强度损伤达到20%～30%。不同裂隙损伤的红砂岩初始强度越小，其遭受载荷和冻融作用后相对初始强度的损伤越大。另外，遭受载荷和冻融损伤试样的孔隙度增幅与其强度降幅呈正相关。上述研究成果可为中国寒区工程的稳定性设计和安全施工提供依据。