水蚀-干湿循环作用下膏溶角砾岩孔隙结构劣化特征与扰动状态模型

摘要

为揭示地下工程中膏溶角砾岩的水蚀-干湿循环耦合劣化机理，以山西某隧道工程存在的膏溶角砾岩为研究对象，对膏溶角砾岩试样进行10次干湿循环处理，系统分析干湿循环作用下膏溶角砾岩的表观劣化特征与吸水-溶蚀演化特征。基于核磁共振技术，对干湿循环过程中膏溶角砾岩的孔隙结构劣化特征进行表征，通过对比静水条件与流速为10 L/h的流动水条件下膏溶角砾岩试样的干湿循环劣化形态差异，探讨水流对膏溶角砾岩干湿循环劣化过程的附加劣化效应。在此基础上，结合试样P波速度测试与孔隙率测试结果，构建基于扰动状态概念理论的膏溶角砾岩干湿劣化模型。结果表明：干湿循环作用会降低膏溶角砾岩不同材料分区之间的黏结强度，而水流会加速膏溶角砾岩试样中石膏矿物的溶解并破坏浅层孔隙结构，干湿循环作用与水力侵蚀共同导致了膏溶角砾岩的劣化；P波速度的衰减与石膏角砾岩孔隙结构的发育之间存在显著相关性，提出的基于扰动状态概念的干湿劣化模型可以准确描述膏溶角砾岩在不同水流环境下、干湿循环作用下的力学劣化特征。研究成果可为膏溶角砾岩地层隧道的工程设计提供参考。

关键词

膏溶角砾岩 / 水蚀-干湿循环 / 力学劣化 / 核磁共振技术 / P波速度 / 扰动状态概念