岩土力学 2018, 39(6) 2065-2072 DOI:   10.16285/j.rsm.2016.2098  ISSN: 1000-7598 CN: 42-1199/O3

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吸水软化
冻融循环
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红砂岩吸水软化及冻融循环力学特性劣化
王 鹏1,许金余1, 2,方新宇1,王佩玺1,刘少赫1,王浩宇1
1. 空军工程大学 机场建筑工程系,陕西 西安 710038;2. 西北工业大学 力学与土木建筑学院,陕西 西安 710072
摘要: 水与温度变化是工程岩石物理力学性能劣化的典型风化因素。对不同含水状态及经受不同次数冻融循环损伤后的红砂岩岩样进行了单轴压缩、劈裂拉伸及变角剪切试验。结果表明,红砂岩抗压强度、弹性模量、劈拉强度、黏聚力及内摩擦角等主要力学指标随含水率和冻融循环次数的增大均有不同程度的降低,但降低规律有所不同。水对岩石有明显的软化作用,冻融循环累积损伤显著。利用微观电镜扫描分析了不同含水率及冻融损伤后岩样微观结构的变化规律,认为吸水及冻融循环过程中水对红砂岩的软化表现为溶蚀作用与介质作用,温度变化的作用表现在热变形不协调和相变作用。提出了冻融循环作用下红砂岩力学特性衰减模型,并据此分析了各力学指标的衰减速率和半衰期。该研究结果对涉水岩石工程及寒区岩石工程具有一定的意义。
关键词 吸水软化   冻融循环   微观结构   水-热耦合   衰减模型  
Water softening and freeze-thaw cycling induced decay of red-sandstone
WANG Peng1, XU Jin-yu1 ,2, FANG Xin-yu1, WANG Pei-xi1, LIU Shao-he1, WANG Hao-yu1
1. Department of Airfield and Building Engineering, Air Force Engineering University, Xi’an, Shaanxi 710038, China; 2. College of Mechanics and Civil Architecture, Northwest Polytechnic University, Xi’an, Shaanxi, 710072, China
Abstract: The changes in water and temperature are typical weathering factors for the deterioration of physical and mechanical properties of engineering rock. In this study, uniaxial compression tests, splitting tensile tests and angle-changed shear tests were carried out on red-sandstone specimens under different water contents and freeze-thaw (F-T) cycles. Experimental results showed that main mechanical parameters such as uniaxial compressive strength, deformation modulus, splitting tensile strength, cohesion and friction angle decreased with the increase of water content and freeze-thaw cycles, but the laws of reduction were different. It was found that the softening effect of water on rock was obvious, and the damaging effect of F-T cycles on rock was more significant. The microstructure of rock specimens was analysed by scanning electron microscopy (SEM) under different water contents and freezing-thawing cycles. During the processes of water absorption and freezing-thawing cycle, the water softening on red sandstone plays the dissolution and medium roles. Meanwhile, the effect of temperature change is reflected in the disharmony of thermal deformation and phase transformation. An attenuation model of mechanical properties of red sandstone under freezing-thawing cycles was developed, and the attenuation rate and half-life of each mechanical parameter were analysed accordingly. The research results provide significant guidance for rock engineering in the water environment and cold regions.
Keywords: water-softening effect   freeze-thaw cycles   microstructure   hydro-thermal coupling   decay model  
收稿日期 2016-11-04 修回日期  网络版发布日期  
DOI: 10.16285/j.rsm.2016.2098
基金项目:

国家自然科学基金面上项目(No.51378497)。

通讯作者:
作者简介: 王鹏,男,1989年生,博士研究生,主要从事结构工程和防护工程研究。
作者Email: suaiwp@163.com

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