凍融循環(huán)條件下木里地區(qū)砂巖物理力學(xué)性質(zhì)的試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著青藏高原地區(qū)煤炭資源的快速開發(fā)，其特殊的大溫差凍融環(huán)境是影響該區(qū)露天煤礦邊坡穩(wěn)定性的根本原因，其中凍融循環(huán)條件下巖石物理力學(xué)性質(zhì)的劣化是造成巖質(zhì)邊坡崩塌和滑坡的關(guān)鍵因素。因此，研究凍融循環(huán)條件下巖石的物理力學(xué)性質(zhì)對于寒區(qū)露天煤礦巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析評價(jià)和凍融災(zāi)害防治具有重要的理論和工程實(shí)踐指導(dǎo)意義。
　　本文通過室內(nèi)試驗(yàn)和理論分析的方法來研究凍融循環(huán)作用對粗砂巖和細(xì)砂巖物理、力學(xué)性質(zhì)的影響，首先對粗砂巖和細(xì)砂巖兩種巖樣進(jìn)行不同

2、次數(shù)的凍融循環(huán)試驗(yàn)，然后分別進(jìn)行一系列的單軸和三軸壓縮試驗(yàn)，得到了凍融循環(huán)條件下粗砂巖和細(xì)砂巖的物理、力學(xué)指標(biāo)變化規(guī)律；再此基礎(chǔ)上，建立了凍融循環(huán)條件下巖石的強(qiáng)度衰減與凍融循環(huán)次數(shù)、初始孔隙率之間的關(guān)系。論文的主要結(jié)論如下：
　?、胚x取木里露天煤礦邊坡鉆孔中的細(xì)砂巖和粗砂巖兩種典型巖石，加工成標(biāo)準(zhǔn)壓縮試件（Ф50 mm×100mm），進(jìn)行開放飽水狀態(tài)下的凍融循環(huán)試驗(yàn)。通過對經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)的飽和粗砂巖和細(xì)砂巖的物理指標(biāo)分析可知

3、：隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，兩種巖石的縱波波速呈下降趨勢，質(zhì)量、飽和含水率、孔隙率呈上升趨勢。主要原因是由于組成巖石的礦物顆粒的熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致的不均勻熱脹冷縮、水冰相變產(chǎn)生的原位體積膨脹和凍脹壓力勢導(dǎo)致的水分遷移。
　?、仆ㄟ^對經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)的飽和粗砂巖和細(xì)砂巖的單軸壓縮試驗(yàn)分析可知：隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，兩種巖石的單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量呈指數(shù)形式減小，泊松比變化較小，峰值應(yīng)力對應(yīng)的軸向應(yīng)變增加。對比粗砂巖和細(xì)砂巖的凍融

4、系數(shù)可發(fā)現(xiàn)，粗砂巖的凍融耐久性相對較差。
　　⑶通過對經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)的飽和粗砂巖和細(xì)砂巖的三軸壓縮試驗(yàn)分析可知：兩種巖石在三軸壓縮荷載下的主要破壞形式為剪切破壞，都經(jīng)歷了原生孔隙裂隙的壓密閉合階段、彈性變形階段、次生孔隙裂隙萌生擴(kuò)展貫通階段和峰后破壞階段；在凍融循環(huán)次數(shù)一定的條件下，隨著圍壓的增加，巖石的三軸抗壓強(qiáng)度、峰值應(yīng)力對應(yīng)的軸向應(yīng)變逐漸增加，表明巖石的破壞逐漸由脆性破壞向塑形破壞轉(zhuǎn)化；在圍壓相同的情況下，粗砂巖和細(xì)砂

5、巖的三軸抗壓強(qiáng)度隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而降低，峰值應(yīng)力對應(yīng)的軸向應(yīng)變逐漸增加。
　　⑷通過對經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)的飽和粗砂巖和細(xì)砂巖的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)分析可得：粗砂巖和細(xì)砂巖的粘聚力隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加呈指數(shù)形式降低，內(nèi)摩擦角變化很小，這表明凍融循環(huán)作用主要影響粗砂巖和細(xì)砂巖的黏結(jié)強(qiáng)度，而對巖石的摩擦強(qiáng)度影響相對較小。通過摩爾—庫倫準(zhǔn)則得到兩種巖石的三軸抗壓強(qiáng)度與凍融循環(huán)次數(shù)、圍壓的關(guān)系，并將理論值與試驗(yàn)值進(jìn)行了對比，驗(yàn)證了公式的合