冻融循环作用下砂岩变形破坏规律实验研究

论文摘要

云冈石窟砂岩风化问题由来已久,冻融循环作用是石窟砂岩风化的重要影响因素,研究冻融循环条件下砂岩的变形破坏规律对云冈石窟防风化治理具有重要意义。本文在总结前人研究的基础上,研究冻融循环条件下不同含水状态含层理砂岩冻融变形破坏规律,对不同含水状态含层理及完整砂岩展开冻融循环实验,具体研究工作为:对饱水、自然含水、干燥三种含水状态下含层理、完整砂岩分别进行冻融循环试验,测定了各状态砂岩的宏观物理力学参数随冻融循环周期的变化规律。随着冻融循环周期的增大,纵波波速、质量、抗压强度、抗拉强度和弹性模量逐渐降低。水分和层理均削弱了岩样抗冻融能力。在冻融循环过程中实时测定6种状态岩样的应变变化过程。结果显示:含水岩样变形主要包括温度效应造成的热胀冷缩变形和水分结冰膨胀造成的冻胀变形。热胀冷缩变形受岩样自身颗粒成分和颗粒组成非均匀程度影响,所以含层理岩样比完整岩样热胀冷缩变形大,而含水率越高冻胀变形越大。对不同冻融周期后岩样进行微细观形貌观测。随冻融周期增加,微观尺度下胶结物出现松散,致密度降低,同时伴随着裂隙的萌生和发育。裂隙产生位置主要包括胶结物-颗粒连接处、颗粒-颗粒交界处。细观尺度下,饱水含层理岩样易产生裂隙,裂隙方向平行于层理方向,且随着冻融循环周期增加,裂隙宽度、条数增加,裂隙交汇形成裂隙网络。探讨了不同状态砂岩的冻融变形破坏机理,分别分析了非均质性和冻胀作用造成的变形破坏规律,研究了裂隙扩展率与冻融循环周期之间的关系。结果表明:层理的存在造成其与砂岩基质交界处为结构弱面、非均匀程度大,易在此处发生冻融变形破坏。另外水分的存在严重削弱了砂岩的抗冻融能力。本论文有图59幅,表11个,参考文献88篇。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 丁盛鹏

导师: 王来贵,刘向峰

关键词: 冻融循环,层理砂岩,裂隙,变形破坏,热胀冷缩

来源: 辽宁工程技术大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 辽宁工程技术大学

基金: 抚顺西露天矿区地质灾害综合治理研究.国家重点研发计划,编号:2017YFC1503102,载岩体变形,滑动过程中反馈特性研究.国家自然科学基金项目,编号: 51474121,低渗煤层注入液氮致裂机理研究. 国家自然科学基金项目,编号: 51574139,应力-渗流-化学耦合作用下废弃煤矿地下水污染机理研究. 国家自然科学基金项目,编号: 51304106

分类号: TU45

DOI: 10.27210/d.cnki.glnju.2019.000378

总页数: 96

文件大小: 6073K

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