从微细结构角度分析红砂岩的强度特性

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1、http://www.paper.edu.cn1从微结构角度分析温度对水泥土强度形成的影响112胡昕，洪宝宁，周宇泉1河海大学岩土工程研究所，江苏南京(210098)2江苏省南京市高速公路建设指挥部，江苏南京(210008)E-mail：moyuan@126.com摘要：运用自主开发的微细结构光学测试系统，对荷载作用下红砂岩微细结构的演化进行了全程观测，并测定了对应岩样的无侧限抗压强度和提取了相应的微细结构量化参数。运用多元线性回归分析法对微细结构量化参数和无侧限抗压强度进行关联性分析，筛选出了对红砂岩无侧限抗压强度有显著影响的微细结构要素，并对荷载作用下显著性微细结构

2、要素的演化特性进行了分析。研究结果表明：红砂岩的单轴抗压强度主要与密实程度、微孔洞等缺陷的分布情况及颗粒之间的联结状态有关，随着红砂岩风化程度的增强，以上各因素对其单轴抗压强度的影响将更加显著；随荷载的增加，红砂岩的颗粒面积比例及欧拉数总体上趋于减小，孔隙分布分维趋于增大，内部结构的稳定性不断降低。关键词：红砂岩，微细结构，关联性分析，演化特性中图分类号：TU411.921.引言岩土材料在工程环境下所表现出众多而复杂的工程特性和现象，都与其内部微细结构的形态和变化有关。因而，揭示岩土体工程特性与其微细结构形态及变化之间的内在规律性，建立具有微细结构变化特征背景的关系式，

3、不仅对岩土力学理论进一步深入研究具有十分重要的科学意义，而且对分析和评价岩土的工程特性及其对工程建设的适应性也有着明显的现实性。岩土材料微细结构的研究与试验水平密切相关，随着扫描电镜（SEM）、电子探针、透射电镜等新兴技术的不断引入和计算机图像处理技术的提高，对岩土材料微细结构研究已由单纯地定性描述发展到了定量描述和分析。目前，这方面的研究主要集中在结构特征的量[1]化和岩土材料微细结构变化与工程性质的定量分析上，吴义祥等应用计算机图像分析技术[2][3]从信息熵角度对工程粘性土结构排列状态进行了定量研究，刘松玉推出了粒度分维分析方法等，提出了大量的微细结构量化参数。由

4、于岩土材料的物理力学性质是微细结构状态的总体反映，是诸多结构因素共同作用的结果，不同的结构因素对岩土材料的物理力学性质的影响差别很大，并且表征结构状态的结构量化参数对工程特性的影响不是完全独立的，而是[4]存在着一定的交叉。所以为了能够准确地反映岩土材料物理力学性质与微细结构状态之间的关系，必须筛选出影响显著的微细结构量化参数。同时，岩土材料在受力压缩时，其工程性质亦将发生相应的变化，这种变化是通过其结构状态的调整来实现的。因此，要想揭示物理力学行为的本质规律，必须掌握岩土材料在受力过程中微细结构相应的变化情况。本文运用自主开发的微细结构光学测试系统，对荷载作用下红砂岩

5、微细结构的演化进行了全程观测，测定并提取了对应岩样的无侧限抗压强度和相应的微细结构量化参数。运用多元线性回归分析法对微细结构量化参数和无侧限抗压强度进行关联性分析，筛选出对岩样无侧限抗压强度有显著影响的微细结构要素，并对荷载作用下显著性微细结构要素的演化特性进行了分析。1本课题得到国家自然科学基金项目（No.50279008）的资助。-1-http://www.paper.edu.cn2.试验介绍本次试验选用采自南京某水利枢纽工程地基中的风化红砂岩，岩样分别制成圆柱体形φ70mm×100mm和半圆柱形φ50mm×100mm两种，以便进行单轴压缩试验和单轴压缩状态下的微细

6、结构试验。单轴压缩试验在RMT-150B多功能全自动刚性岩石伺服试验机上完成，测得了各岩样的无侧限抗压强度，部分结果见表1。与之对应的微细结构试验是利用河海大学自行研制的岩土微细结构光学测试系统完成的。利用岩土微细结构光学测试系统的加载设备对岩样施加轴向荷载，以轴向应变控制CCD摄像仪采集经长距离显微镜放大的试样微细结构照片的频率，本次试验每0.5%的应变量采集微细结构图片一次，并将得到的微细结构照片传入计算机中，利用图像采集卡将传入计算机中的视频信号转化为数字图像，同时利用传感器测读试样承受的荷载及轴向位移信息，并传输到计算机中[5]。由于篇幅所限，仅列出干燥条件下中

7、风化岩样某一观测点的微细结构图片，如图1所示。然后，利用自行编制的岩土微细结构分析程序GeoImage对每幅微细结构图像进行处理分析，获得岩样微细结构的孔隙及颗粒数目、面积、周长、定向度、分布分维等量化信息。将各组岩样不同受载状态下各个观测点的微细结构量化参数取平均值，这里仅给出初始状态下部分岩样的微细结构量化参数，如表1所示。应变0%应变2%应变4%应变6%应变8%[6]图1干燥条件下不同应变率中风化红砂岩的微细结构图片（放大200倍）Fig.1Themicroscopicpicturesofredsandstonewithinterm