锦屏大理岩原位应力环境水软化特性分析

摘要

中国水电资源主要集中在西部高山峡谷地区，将水电站建筑物布置在极深洞室群常常是经济且较优的选择。受典型河谷地貌特征和区域强烈高地应力、高渗透压环境影响，极深洞室围岩力学特性演化规律和长期稳定性是亟需解决的关键科学问题。不同赋存深度应力环境下，水岩耦合作用对岩石力学性质的影响尚不明确，导致深部岩体工程面临一定的风险性和低效性。基于自主设计并研制的深部原位应力环境岩石饱水试验系统，开展锦屏大理岩原位应力环境与无压环境下饱水时长为1、23、60和100 d的水软化试验，并进行5组不同围压下的三轴压缩试验。研究发现：深部原位应力环境下锦屏大理岩饱水100 d后峰值强度劣化程度约为无压饱水100 d的3倍，其余力学参数（如内聚力、内摩擦角等）劣化度也远大于无压饱水条件；锦屏大理岩峰值强度劣化度随水岩耦合环境深度的增加（100、1 000、1 400、1 800和2 400 m）均呈现先减小后增大的非线性变化特征；通过探索锦屏大理岩水软化机理，发现摩擦弱化效应与孔隙水压力作用共同造就了锦屏大理岩峰值强度非线性变化规律。结果表明，原位应力环境下的水软化效应及其对围岩力学性质的影响更加突出，在对深部地下工程进行稳定性分析时必须考虑围岩水软化特性，该结论对锦屏地下工程的建设和维护具有重要的指导意义。

关键词

锦屏大理岩 / 原位应力环境 / 水软化特性 / 水软化机理

基金资助

国家自然科学基金重点基金项目（U23B20146）; 武汉工程大学科研启动项目（23QD82）