SV 冲击和振动 1875 - 9203 1070 - 9622 Hindawi 10.1155 / 2021/4850650 4850650 研究文章 研究水分条件的影响砂岩的力学性能和微观结构 https://orcid.org/0000 - 0002 - 4643 - 7879 罗 Zuosen。 1 2 朱 Zuoxiang。 2 白 郝 2 刘 Daxiang 1 https://orcid.org/0000 - 0002 - 6069 - 1144 太阳 乾诚。 2 道 中国 1 工程研究中心在三峡水库地区的生态环境 教育部 中国三峡大学 宜昌443002 中国 meb.gov.tr 2 重点实验室的三峡库区地质灾害教育部 中国三峡大学 宜昌 湖北443002年 中国 ctgu.edu.cn 2021年 27 7 2021年 2021年 10 6 2021年 15 7 2021年 27 7 2021年 2021年 版权©2021 Zuosen。罗等。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

从干燥砂岩饱和状态显示特征明显的恶化。的砂岩在三峡库区边坡为研究对象,砂岩的单轴和三轴压缩和样品不同含水状态(干燥、自然和饱和脂肪)进行研究的变化macromechanical砂岩在不同含水状态下的性质。结合核磁共振和SEM砂岩在不同水分条件下的微观结构特征进行了研究。结果表明,随着水含量的增加,砂岩的macromechanical参数逐渐减小,并且罚款和微观结构特征的特点是毛孔的数量逐渐增加,孔隙大小的逐渐增加。土坡软件的基础上,考虑到水的弱化效应部分胶结从介观的角度,提出了使用软、硬接触来模拟颗粒之间的胶结程度的变化在不同含水条件下,研究砂岩的影响微机械参数与含水量的变化。相关研究结果可以提供理论指导涉水岩体工程的稳定性评价。

 教育部工程研究中心 KF2019-07 宜昌城市的自然科学研究项目 a21 - 3 - 005 中国国家自然科学基金 51809151 51979218 U2034203 U1965107 山西省自然科学基金 2018年jm5118 教育部重点实验室基金开放 2017年kdz01 中国博士后基金 2017年m613167 1。介绍

人们在工程中的水-岩作用的理解来自于岩石的物理力学性质明显区别的饱和状态和干燥状态。结果表明,岩石的物理力学性质在饱和状态有显著减少趋势( 1, 2]。水是一种不可避免的发生条件的岩体工程( 3]。与岩体工程的迅速发展,如斜坡( 4, 5)、隧道( 6, 7),和地下洞室 8- - - - - - 11),水岩相互作用是高度重视的。岩石通常包含微观缺陷如气孔和裂缝,这成为水进入岩石的渠道,从而恶化其力学性能。岩体工程灾害的问题造成的水是很常见的,所以研究岩石在水岩相互作用下的力学性能是岩体工程具有重要意义。

与水岩相互作用研究的深入,越来越多的学者从微观层面对水岩相互作用进行了研究。在研究岩石矿物成分的变化在水岩相互作用下,崔et al。 12- - - - - - 15)使用x射线衍射实验研究岩石矿物含量的变化规律和定量分析在水岩相互作用。随着水岩相互作用时间的增加,粘土矿物含量通常显示增加然后减少的趋势。歌等。 16- - - - - - 18)使用荧光光谱测试来研究石灰岩的矿物组成的变化作用下的水和岩石和得出结论,CaCO的内容3和SiO2指数随着渗透压的增加变化。研究岩石的细微观结构特征在水岩相互作用下,乔et al。 19- - - - - - 21)用CT扫描技术扫描岩石样本被水岩相互作用,发现水岩相互作用导致岩石的中孔的增加,与CT数显示了增加的趋势。钟等。 22- - - - - - 24)使用核磁共振技术来测试岩石在水岩相互作用条件下的孔隙度,发现水岩相互作用的增加将导致孔隙度的增加,,建立了孔隙度和岩石细观损伤之间的定量关系。王等人。 25, 26)研究了孔隙中的水-岩作用影响岩石的微观结构特征基于扫描电镜实验,发现水和岩石的损伤程度持续增加,及其微观孔隙和裂缝继续增加,和更大的值基于扫描电子显微镜图像的分形维数。上述研究表明,岩石的微观结构的变化遇到水后macromechanical性能恶化的主要原因。

近年来,粒子流动的数值模拟基于离散单元法研究岩石力学已成为一个重要的方法从mesolevel角度。刘等人。 27, 28]研究了孔隙中的水-岩作用影响的联系网络,力链分布,裂纹分布基于粒子的砂岩颗粒流软件土坡。江et al。 29日, 30.)的变化规律进行了分析岩石的力学性能和失效模式不同含水量条件下基于颗粒流离散单元方法。基于颗粒离散单元法,胡锦涛et al。( 31日]提出了一种平行粘结water-weakening模型和分析了水泥的异质性,能量耗散,倾向,失效模式的微裂隙等,揭示了mesomechanism削弱水对岩石的影响。上面的研究充分证明了使用颗粒流软件的可行性和适用性进行水岩相互作用分析。

上述文献分析的基础上,许多学者进行了岩石水岩相互作用下的降解机制的研究从宏观和微观的角度,研究结果为工程实践提供了很好的指导。然而,在砂岩的力学性能的研究在不同含水量条件下,基于岩石微程序级的定性和定量分析的结果,很少有研究不同含水量条件下对岩石的影响机制macromicromechanical属性的角度之间的胶结的削弱mesoanalysis water-induced mesoparticles。因此,本文选择了更常见的砂岩岩体工程为研究对象。通过单轴和三轴压缩试验,macromechanical砂岩在不同含水条件下的性质进行了研究。使用核磁共振、扫描电子显微镜、能谱分析、和其他mesotesting方法,定性和定量分析砂岩矿物成分和微观结构特征,进行了中孔分布特征。基于离散单元软件土坡,建立数值模型考虑不同含水量条件下mesoanalysis。集成macromechanical性能测试结果和micro-microtest结果揭示了岩石的macrofine-micromechanism降解水。研究结果可以为涉水岩体工程提供理论指导。

 2。测试项目

岩石样品中使用这个测试是一个从三峡库区边坡砂岩。测试中使用的示例是一个标准的圆柱形样本与直径×身高= 50毫米×100毫米,如图 1。

砂岩样品。

在测试前,质量、高度和直径的测量样本,和岩石样本的纵波速度测量使用RSM-SY5 (T)非金属声学测试人员。样品用小尺寸偏差,光滑,平坦的表面,类似的密度,和类似的波速度选择用于测试。所选样本分为三组(A、B和C),每组15个样品,每组3样本是备件,是干组,B是自然组,C是饱和。A组的样本是在烤箱干12小时105°C, B组的样品保存在他们的自然状态,和C组的样本是在烤箱干12个小时在105°C,然后由真空饱和在水中浸泡24小时。群众在干燥和质量与水饱和后进行测量,和砂石的含水率干燥、自然、和饱和状态是0,1.01%,和2.53%,分别。

2.1。单轴和三轴压缩试验

每组三个样本用来进行单轴压缩试验,每个被9个样本,每个三分为一种类型,并进行了三轴压缩试验的围压5、10和15 MPa。砂岩的力学参数样本在不同围压下,和测试设备如图 2。力-(大)位移加载方法用于加载,加载速率的位移为0.005毫米/秒。

低场核磁共振分析仪。

 2.2。微观结构测试

三个C组的样本是随机选择的,和低场核磁共振分析仪使用如图 2核磁共振扫描获取岩石样本的T2谱,研究砂岩的孔隙分布。

为了研究裂缝砂岩表面的微观结构在不同含水条件下,棱镜E环境扫描电子显微镜是用来获得砂岩裂缝表面的SEM扫描图像;EDS分析系统是用于分析的元素在一些地区砂岩裂缝表面,获得能谱,研究砂岩的矿物成分。电子显微镜的扫描装置如图 3。

棱镜E环境扫描电子显微镜+ EDS分析系统。

 3所示。研究变化规律的Macromechanical砂岩在不同水分条件下的性质 3.1。宏观力学参数的变化规律下的砂岩单轴压缩

图 4显示了砂岩的单轴压缩应力-应变曲线的标本在三个不同的国家。所有样品的单轴压缩曲线有相似的压实阶段,弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段。所不同的是,干燥的样品的压实阶段曲线和塑性阶段较短,短和饱和压实阶段的样本曲线较长,有一个明显的塑性阶段。随着含水率的增加,压实阶段逐步增加,塑性阶段逐渐明显。

在单轴应力-应变曲线测试。

根据图 4的力学参数,可以获得三个州的岩石样本。如表所示 1砂岩的含水量增加1.01%的干燥状态的自然状态,单轴抗压强度降低了26.64 MPa, 2.66的绩点的弹性模量降低。峰值应变增加了0.26‰;从自然状态到饱和状态,水分含量增加了1.52%,单轴抗压强度下降了35.44 MPa,弹性模量下降了3.31的绩点,应变峰值下降了1.08%。砂岩的强度和弹性模量逐渐降低随着含水量的增加,和水对砂岩有软化的影响。

砂岩的力学参数在不同的州。

样品状态 弹性模量 E(GPa) 峰值强度 б(MPa) 峰值应变 ε(‰)
干燥状态 15.63 119.54 10.03
自然状态 12.97 92.90 10.29
饱和状态 9.66 57.46 9.21
3.2。宏观力学参数的变化规律下砂岩的三轴压缩

砂岩样品在不同围压下的峰值强度不同含水条件下表所示 2。随着围压的增加,砂岩样品的峰强度逐渐增加;在相同围压下,砂岩的峰值强度逐渐随含水量的增加而减小。

峰值强度砂岩的三轴压缩试验。

围压(MPa) 0 5 10 15
干燥状态 119.54 156.12 225.39 240.02
自然状态 92.90 124.02 164.68 201.70
饱和状态 57.46 82.40 120.07 149.76

根据峰值强度值来衡量砂岩的三轴压缩试验,结合莫尔-库仑强度准则,见公式( 1),砂岩的内摩擦角和内聚力三含水状态计算,如表所示 3。随着含水量的增加,砂岩的内摩擦角和内聚力逐渐减少,和水的砂岩使矿物颗粒之间的结合能力降低。 (1) τ = σ 棕褐色 φ + c , 在哪里 τ 抗剪强度, σ 是主要的压力, φ 内摩擦角, c 是凝聚力。

凝聚力和内摩擦角砂岩在不同的州。

样品状态 内摩擦角 φ(°) 凝聚力 c(MPa)
干燥状态 52.13 20.52
自然状态 48.21 17.74
饱和状态 44.24 12.36
4所示。研究细砂岩在不同含水量条件下的微观结构特征 4.1。砂岩矿物成分分析

EDS能谱的分析在一些地区砂岩部分如图 5。砂岩中石英、长石、云母、绿泥石和其他矿物质。矿物碎片主要是石英、云母和长石、绿泥石主要充填矿物,较大的矿物颗粒石英和长石。

能谱分析的结果:石英、云母(b), (c)钾长石、钠长石(d)和(e)绿泥石。

 4.2。结构特性的研究在不同含水量条件下砂岩Microfailed部分 4.2.1。准备在单轴压缩下分析失败的部分

图 6显示了扫描电子显微镜图像的单轴压缩破坏岩石样本的放大100倍。数据 6(一)- - - - - - 6 (c)砂岩的单轴失效截面图展示在干燥、自然、和饱和状态,使用IPP的软件。破碎的矿物粒子的横截面直径和完整的矿物粒子的粒径测量。根据砂岩矿物成分的分析,可以知道,观察到破碎的矿物质和完整的矿物石英、长石。下面的可以从图观察 6:

干砂岩单轴压缩破坏,还有大量的矿物颗粒的破碎断裂表面部分。干燥砂岩被摧毁时,较大的矿物颗粒主要是破碎的。

毁坏了自然状态下砂岩单轴压缩。坏的矿物颗粒,部分有完整的矿物颗粒,和毛孔与矿物颗粒分离。较大的矿物颗粒主要是破碎的。砂岩在自然状态下被摧毁时,较大的矿物粒子仍破碎和断裂,和更大的矿物颗粒彼此分离的分离胶凝材料。

在单轴压缩破坏处于饱和状态,完整的矿物颗粒的比例和矿物粒子的分离孔部分增加,还有破碎的矿物质,各占50%。饱和砂岩被摧毁,胶结材料分离,矿物粒子彼此分开,更大的矿物颗粒的分离是相当于碎片。

失败的单轴压缩下岩石样本在不同的州(×100):(a)干燥状态,自然状态(b)和(c)饱和状态。

在单轴压缩试验的过程中,由于砂石材料的不均匀性,有压应力,剪应力,砂岩内部拉应力;三种压力的作用下,岩石样品最终将被摧毁。干燥和自然状态的岩石样本,较大的矿物颗粒主要是破碎的。随着水含量的增加,胶凝材料的分离导致较大的矿物颗粒不休息,直接分离现象增加。直接分离现象较大的矿物颗粒的饱和状态达到最高。过程中岩石样本压缩,更容易分离的胶结材料饱和状态,这是更难分离胶结材料在干燥状态。随着含水率的增加,胶结材料的粘结能力逐渐降低。

 4.2.2。分析裂缝的形状和特征

图 7SEM扫描显示骨折的砂岩在不同的州,放大了1200倍。数据 7(一)- - - - - - 7 (c)显示扫描电镜扫描的单轴压缩破坏干燥、自然,分别和饱和状态。下面的可以从图观察 7:

在干燥状态下,岩石的横截面样品矿物颗粒光滑平坦,还有折叠式线和较长的连续线的小领域,这两者都是光滑的;有明显的矿物颗粒之间的穿透裂缝,还有小非穿透矿物颗粒。裂缝主要生产矿物颗粒。

在自然状态下,如磐石般坚韧的矿物颗粒的部分是光滑平坦,质地光滑,有角矿物表面碎片。矿物颗粒之间有连续裂缝,断裂的矿物颗粒是直的。

在饱和状态下,岩石样品的矿物颗粒粗糙,表面附有矿物碎片,长期以来,大面积分层与曲折的道路形状。矿物粒子都有大裂缝完全穿透,骨折是曲折的,粒子相连。有穿透裂缝的地方,矿物颗粒之间存在分歧。

横截面结构砂岩在不同含水状态(×1200):(a)干燥状态,自然状态(b)和(c)饱和状态。

总之,含水量的变化,矿物颗粒的断裂表面是光滑的干燥状态,变得粗糙而曲折的饱和状态。矿物颗粒变化小的裂缝宽在干燥状态,持续处于饱和状态。这表明砂岩水含量越大,越明显的软化水溶性矿物质颗粒。

 4.3。研究砂岩的显微孔的分布特征 4.3.1。核磁共振T2谱分析

在核磁共振T2谱分析中,轻松的样本的大小T2是孔隙大小正相关,和T2谱曲线的面积是气孔的数量正相关。谱面积越大,孔隙的数量越多。张等人的研究( 32),毛孔分为六大类:超微孔隙,孔隙直径小于0.01 μm;微孔隙,孔隙直径在0.01 ~ 0.1的范围 μm;小孔,小孔直径在0.1 ~ 1 μm;中孔,孔隙直径1 ~ 10 μm;大孔隙,孔隙直径10 ~ 100 μm;在超大孔,孔径大于100 μm。饱和岩石样本的T2谱分布如图 8。下面的可以从图观察 8。

完整的水样的T2谱分布。

只有一个峰值的T2谱分布曲线的岩石,出现在0.8毫秒,表明孔隙砂岩主要小孔内,很少有大毛孔。砂岩的孔隙大小的范围主要分布在0 - 0.01 μm。砂岩的孔隙主要超微孔隙、和中孔的比例很低。没有大孔隙砂岩、超大型毛孔。砂岩的孔隙度为1.9451%。

 4.3.2。分析孔隙结构的变化在不同的州

砂岩由更大的石英和长石等矿物颗粒和充满了较小的粘土矿物颗粒和碎屑颗粒。连接矿物颗粒的胶结材料。有大量的细砂岩孔隙和裂缝。砂岩的含水量的差异将导致砂岩的孔隙结构是不同的。选择扫描电镜扫描图像的胶结砂岩单轴压缩下碎片失败的网站三含水状态,放大1200倍,如图 9。数据 9(一个)- - - - - - 9 (c)显示干的,自然的,分别和饱和状态。测量孔的孔径大于0.5 μm。以下从图可以看出 9:

在干燥状态下,碎片颗粒之间的胶结材料一致,少量的原生孔隙和不显眼的裂缝。测量孔径在0.82的范围 μm - 3.20 μ米,属于大孔和中孔越小。

在自然状态下,碎屑颗粒充满了水泥、本地和大孔,直径1.87 μm - 5.82 μ米,中孔。在自然状态下,砂岩中原生孔隙发达,打开水的作用下,和一些较大的小毛孔发展为中孔。原来的中孔扩大,中孔的孔径和数量增加。

碎屑颗粒的饱和状态是松散排列,一些矿物颗粒分离,许多大毛孔出现。孔径是1.75 μm - 6.2 μ米,属于中孔。这是符合砂岩的孔隙直径来衡量核磁共振不大于10 μm。在完全饱和,在砂岩中孔的数量进一步增加,中孔的孔隙大小分布并没有改变太多。

砂岩的孔隙结构在不同含水状态(×1200):(a)干燥状态,自然状态(b)和(c)饱和状态。

 4.3.3。孔隙分形特征

沃斯等。 33]分析了周长之间的关系和区域毛孔的岩石和孔隙的分形维数计算。孔隙面积、孔隙周长、分形维数在砂岩符合以下关系: (2) lg C = D 2 × lg 一个 + d 0 , 在哪里 C是孔隙周长, 一个是孔隙面积, D是孔隙形状的分形维数的图像,然后呢 d0是一个常数。

选择断口的SEM图像(650×)部分在单轴压缩下,使用IPP软件获取周边和板岩显微图像中的每个毛孔,并绘制孔隙面积之间的关系和孔隙周长的常用对数,如图 10。分形维数是两倍斜率。

分形维数之间的关系在砂岩孔隙周长、面积:(a)干燥状态,自然状态(b)和(c)饱和状态。

从图可以看出 10的分形维度 D在干燥、自然和饱和状态是1.42,1.45,和1.48,分别。与砂岩中的水含量的增加,分形维数增加,因为增加的水砂岩的内容。这导致砂岩的胶结材料的溶解,扩张和变形小pore-like圆形孔的干燥状态,孔隙大小的扩张,各种各样的形状,分形维数的增加。

 5。土坡数值模拟和分析

等硅酸盐矿物长石、云母、绿泥石在砂岩中水解与水接触。对这些矿物质水软化的影响。氧化矿物质如石英砂岩不受水的影响。在水和岩石之间的相互作用下,孔开口的胶结材料增加,增加数量,形状变得多样化。巩固了材料的强度和结合能力下降,和胶结材料软化。部分胶结材料是很少或不受水的行动。胶结材料的毛孔不开发和保持不变。水饱和状态的胶结材料是完全与水接触,和毛孔仍以超微孔隙为主。短期浸泡在水中会导致沉积胶结岩石软化,和成岩胶结不容易软化。有软胶结很容易被水和软化硬胶结不容易软化水( 34]。随着含水量的增加,软水泥的软化程度逐渐增加,导致降低砂岩的宏观力学参数。颗粒流离散单元法使用颗粒之间的接触模式模拟macromechanical属性和变形特性的材料具有不同的属性。离散元素软件土坡是用于分析砂岩的内部胶结材料的软化,和PBM粘结模型用于研究。努力联系的两种类型是用来模拟软胶结,很容易被水和软化硬胶结不容易被水软化。

5.1。模型建立

建立土坡模型大小为50毫米×100毫米,将生成粒子半径设置为0.3 mm - 0.5 mm,包含8753个粒子,粒子之间的联系随机生成50%软接触,50%的硬接触,和23028颗粒间的接触,如图 11(在图 11 (b),绿色的接触代表软接触和蓝色的接触代表硬触点)。

PFC的砂岩模型标本:粒子图(a)和(b)联系图。

当校准mesoparameters,第一次校准模型参数在干燥状态。含水量的增加将导致软胶软化,即软接触参数在干燥状态,自然状态和饱和状态会逐渐改变。砂岩的mesoparameters不同含水状态反复试验和计算后确定。表 4显示了在不同的含水砂岩的软性隐形mesoparameters状态。其中硬接触参数不改变,平行粘结系数很难接触 E th= 39.4的绩点,线性结合模量 E ch= 7.68的绩点,正常的粘接强度 б cnh= 86.4 MPa,切向粘结强度 б csh= 72 MPa。

Mesoparameters砂岩在不同含水状态。

状态 E ts(GPa) E cs(GPa) б 中枢神经系统(Pa) б css(Pa)
干燥状态 23.45 4.36 80.08 72.80
自然状态 15.20 2.72 52.93 48.10
饱和状态 8.91 1.57 8.03 7.30

E ts:软接触平行债券模量; E cs:软接触线性债券模量; б 中枢神经系统:软接触正常的粘结强度; б css:软接触切向粘结强度。

 5.2。模型加载应力-应变曲线拟合

单轴和三轴压缩的应力-应变曲线有一个压实阶段。在单轴压缩压实阶段是显而易见的。压实的弹性模量随轴向应变的增加部分。在达到弹性阶段,弹性模量保持不变。为了模拟机械测试结果更实际的是,一个变量用于模拟单轴压缩模量模型。在PFC模型中,影响弹性模量的主要参数是平行粘结系数 E t和线性结合模量 E c。本构模拟压实通过同时改变硬和软接触平行粘结系数 E t。的变化关系如下: (3) E t = 0.2 E t 0 + 0.8 E t 0 ε ε 0 , 在哪里 E t平行粘结系数, E t0平行粘结系数压缩后, ε是轴向应变, ε0是结束时的轴向应变压实,这是由实际的本构关系。

模型的弹性模量成正比的平行键模量参数。从公式( 3),在压实阶段的应力-应变关系可以推断如下: (4) σ ∝ 0.2 E t 0 ε + 0.8 E t 0 ε 2 ε 0 。

从公式( 4),可以看出,应力和应变之间的关系成为一个二次函数。可变模单轴压缩应力-应变曲线的仿真如图 12。它可以发现,使用两个变量系数模型可以很好的联系。它适合的单轴压缩应力-应变曲线的干燥、自然、和饱和状态;在压实阶段,干燥和自然状态模型几乎可以完全符合实际的本构关系。但实际轴向压力低于饱和状态的饱和状态模型,表明实际饱和砂岩应力应变在压实部分有一个高阶的关系。饱和砂岩熊一样的轴向压力的早期压实,与轴向应变的变化。大,即饱和砂岩更“软”。

比较variable-modulus单轴压缩模型。

比较室内单轴压缩和数值模拟的结果,可以发现,单轴抗压强度的数值模拟样品在干燥、自然、和饱和条件为119.34 MPa, 95.34 MPa,和58.77 MPa,分别相对错误−0.17%,0.87%,和2.3%,相对误差在3%以内。因此,它是可行的使用摘要双接触PBM模型来模拟单轴试验的沉积和成岩胶结砂岩受水混合恶化。

比较失败的室内单轴压缩试验样品的失效模式PFC模型,如图 13,它可以发现PFC模型的失效模式的失效模式类似于室内岩石样本,和模拟情况符合现实;砂岩样品受损时,被分解为多个砂岩块不同的压力水平。

接触的数量不同而不同模型:(a)干燥状态,自然状态(b)和(c)饱和状态。

 5.3。不同含水量条件下对砂岩的微观结构 5.3.1。影响颗粒之间的力链分布

图 14展示了样品颗粒之间的力链分布在不同的州的试样在单轴压缩和峰值应力条件下(黑力链代表压缩,红色力链表示紧张。力链的厚度成正比,轴承的大小和传输负载)。下面的可以从图观察 14。

力链分布的标本在不同的州:(a)干燥状态,自然状态(b)和(c)饱和状态。

三水合样本,数量和厚度的压力比张力链链要大得多。连锁在峰值应力状态,压力是主要的承载和load-transmitting力链,和整体的方向沿轴向压力链。随着含水率的增加,压力链的比例逐渐增加,和拉链的比例逐渐减少;在干燥状态下,压强度接触力链和拉力强度接触力链覆盖整个样本。随着速度的增加,链强大的接触力逐渐减小,分布逐渐分散。强烈的接触力链的下降趋势在张力下更加明显。这表明含水量越高,越容易的粒子和粒子之间的附着力恶化。这是符合含水量越高,水的软化效果越明显水泥和矿物颗粒。

 5.3.2。影响裂缝的数量和联系人的数量的变化

当postpeak压力减少到20%的峰值,样品被完全摧毁。图 15显示的数量的变化裂缝和裂缝的最终分布的单轴压缩破坏样品中不同含有状态(蓝色拉伸裂缝,裂缝和绿色裂缝剪切裂缝)。可以看出,单轴压缩强度裂缝的数量在最后失败的数量远远大于剪切裂缝,以及单轴压缩的微观拉伸断裂为主。下面的可以从图中找到 15。

裂缝的数量在不同的模型:(a)干燥模型,自然模型,(b)和(c)饱和模型。

样品完全摧毁时,拉伸裂缝的数量在干燥,自然,和饱和样本2893年,3129年和5270年,分别和剪切裂缝的数量是1257年,1501年和3493年,分别。随着含水率的增加,裂缝的最后总数,拉伸裂缝和剪切裂缝继续增加。拉伸和剪切裂缝裂缝之间的差别不断增加。裂缝在干燥状态的分布面积占60%,和饱和状态的裂缝几乎覆盖整个样本,表明水分含量越高,越明显的拉伸断裂。

张力裂缝和剪切裂缝的发生和传播在干燥和自然模型基本上是相同的。达到峰值后,它迅速扩张,拉伸裂纹的扩展要快得多的剪切裂缝。后张力裂缝和饱和模型的剪切裂缝出现在压实阶段,首先他们迅速扩大,然后扩张速度减慢。轴向应力达到峰值后,张力裂缝急剧扩大。张力裂缝的数量显著增加。当水分含量低,砂岩中的裂纹扩展法是一致的。砂岩是完全与水饱和时,砂岩的裂缝扩展不规则。

图 16显示了软、硬接触的数量变化模型的单轴压缩破裂过程在不同的水。它可以发现软性隐形三态压缩模型的骨折,硬接触后发生故障。比较数据 15与 16,我们可以找到以下。

的接触模型的不同而不同。

干燥和自然模型开始在弹性阶段,裂纹和饱和模型裂缝压实阶段。水分含量越高,越容易会出现裂缝,断裂在压实的部分是软接触,和软胶结受到水的影响。随着含水量的增加,粘结能力降低。当砂岩的含水量很低,柔软的胶结被水的影响较小。砂岩与水饱和后,弱胶结完全软化了,骨折发生在低负荷下。

在峰值应力下,有36个金属触点故障和181软性隐形故障的干燥样品,55硬接触失败和322软接触自然的失败样本,和19个金属触点故障和758软性隐形故障的饱和样本。金属触点损坏的数量比软接触损伤在干燥,自然,和饱和样品是0.20,0.17,和0.03,分别。随着含水量的增加,软硬接触骨折减少的数量的比率逐渐在峰值应力状态。

 6。结论

对砂岩水有削弱作用。水会导致减少矿物颗粒之间的凝聚力砂岩和砂岩的macromechanical性质的变化。砂岩的含水量增加1.01%的干燥状态的自然状态,单轴抗压强度降低了26.64 MPa, 2.66的绩点的弹性模量降低。

砂岩中的水软化影响胶凝材料和矿物颗粒和水分含量越高,效果越明显。随着含水量的增加,气孔的数量增加,直径变大,气孔的形状变得多元化。毛孔自然和饱和砂岩的分布几乎是相同的,和水有更大的影响力大小的小孔。

基于仿真分析土坡离散元素,随着含水量的增加,粒子之间的附着力加剧恶化。当砂岩的含水量很低,柔软的胶结被水的影响较小。砂岩与水饱和后,弱胶结完全软化了,和极限承载力降低。

 数据可用性

生成的数据集和分析当前的研究可从第一作者在合理的请求。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

 确认

这项工作是由教育部工程研究中心为三峡库区的生态环境(没有开放的基础。宜昌城市KF2019-07),自然科学研究项目(没有。a21 - 3 - 005),中国国家自然科学基金(51809151号,51979218,U2034203, U1965107),山西省自然科学基金(没有。2018 jm5118),打开教育部重点实验室基金(没有。2017 kdz01),中国博士后基金(没有。2017 m613167)。

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