水化学环境对砂岩断裂韧度影响的试验研究

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1、水化学环境对砂岩断裂韧度影响的试验研究重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：曾庆森指导老师：周小平教授谢强教授兼职导师：王方汉教授级研究员学位类别：工程硕士（建筑与土木工程领域）重庆大学土木工程学院二O一五年五月ExperimentalstudyonwaterchemicalenvironmenteffectonthefracturetoughnessofsandstoneAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirement

2、fortheProfessionalDegreeByZengQingsenSupervisedbyProf.ZhouXiaopingbyProf.XieQiangPluralisticSupervisedbyWangFanghanSpecialty:ME(ArchitecturalandCivilEngineeringField)CollegeofCivilEngineeringofChongQingUniversity，ChongQing，ChinaMay2015中文摘要摘要岩石是天然形成的材料，是赋存于自然界中非常复

3、杂的介质。它是由颗粒或晶体通过各种作用相互胶结在一起而形成的集合体，不同于一般的工程材料。由于岩石的形成过程比较特殊，使得在岩石的内部构造中存在着初始微裂纹和缺陷。然而，岩石所处的环境经常与水溶液打交道，并且随着国家各种工业的飞速发展，土壤环境中的水、地下水以及江河湖水等都受到不同程度的污染，使得水溶液呈现出不同的酸碱度，因此，水溶液会通过岩石初始微裂纹和缺陷侵蚀岩石，导致岩石的力学性质受到影响，岩石的抗拉、抗压强度及其断裂韧度等力学参数都会受到其所处环境的影响。本文主要针对砂岩断裂韧度化学损伤展开的相关试验研究，分别从

4、宏观上浸泡溶液PH值、试样相对质量和孔隙率的变化，以及试样断裂韧度随时间和PH值的变化，研究砂岩断裂韧度劣化机理。通过试验和对试验结果的分析，本文主要得到以下成果：①浸泡在水化学溶液中的砂岩，水-岩作用随着时间的推移会发生不同的变化，同时其浸泡溶液PH值、试样相对质量以及孔隙率都会发生变化，并且三者的变化与水-岩作用的变化有着很好的相关性和一致性。②浸泡在水化学溶液中的砂岩，其断裂韧度低于未浸泡的砂岩，表明砂岩断裂韧度受到损伤，并且随着浸泡时间的推移，其断裂韧度越小；浸泡溶液PH值越小，其断裂韧度越小。③比较未浸泡与浸泡

5、后砂岩的破坏过程，可以发现它们的破坏过程有所不同，浸泡后砂岩破坏荷载更小，出现裂纹的时间更早，岩石压密过程变长，破坏的时间变长，呈现出部分的延性，不同于初始状态下的完全脆性破坏。④砂岩断裂韧度存在明显的尺寸效应，试样尺寸越大，其值越大。⑤分析砂岩断裂韧度的劣化规律，分别从时间和PH值两个因素出发，计算其损伤变量，发现其损伤有着明显的规律性。关键词：断裂韧度，化学损伤，水-岩作用，尺寸效应，损伤变量I英文摘要ABSTRACTTherockisanaturalandcomplexmaterialinnature.Itisac

6、ollectionofparticlesorcrystalsbymutuallycementedtogether,whichisdifferentfromthegeneralengineeringmaterials.Becauseofitsspecialdiageneticprocess,theinitialmicrocracksanddefectsexistintherockinevitably.However,therockisofteninwaterenvironment,withtherapiddevelopme

7、ntofthenationalindustry,soilwater,groundwater,riversandlakesarepollutedindifferentdegrees,sothatthewatershowsthedifferentpH.Therefore,themechanicalpropertiesofrockareaffectedbythewatersolution,whichleadstoerosionofrockthroughinitialmicrocracksanddefects,thenthero

8、cktensilestrength,compressivestrengthandfracturetoughnessandothermechanicalparametersareaffectedbythecomplexwaterenvironment.Inthispaper,thepurposeoftheexperim