化学腐蚀-冻融循环协同作用对砂岩三轴力学特性的影响

摘要

为研究季冻区岩土工程中化学腐蚀与冻融循环协同作用对岩土工程的共同作用效果,需要同时考虑水化学腐蚀环境、冻融循环条件和三轴应力状态3种因素的影响。以不同浓度的H_(2)SO_(4)、NaOH或Na_(2)SO_(4)溶液模拟水化学腐蚀环境,以冻融循环条件来模拟气候环境,采用水化学溶液pH值(pH=3、5、7、9、11)和冻融循环次数N(N=10/20/30/40/50次)为主要控制参数,开展化学腐蚀-冻融循环协同作用后砂岩试样的三轴压缩试验。岩样的破坏模式均表现为剪切滑移破坏,应力-应变曲线均可分为压实挤压阶段、弹性增长阶段、屈服阶段和破坏阶段4个发展变化阶段。通过对比不同工况下岩样的物理力学参数,分析化学腐蚀-冻融循环协同下岩样力学特性的劣化规律。研究表明:随着冻融次数的增加,应力-应变曲线中的峰值应力、峰值应变和和模量均减小,岩样的损伤劣化程度增大,屈服阶段的屈服平台和塑性变化特征变弱;强酸性溶液对岩样的损伤劣化最大,峰值应力、峰值应变和模量均明显最小;强碱性溶液对岩样的损伤劣化最小,化学反应析出的沉淀物附着于岩样表面及孔隙、裂隙壁面,抑制了岩样的进一步损伤劣化;围压对岩样三轴力学特性的影响最为显著,随着围压增大,应力-应变曲线中的峰值应力、峰值应变和模量均明显增大,屈服阶段的屈服平台和塑性变化特征变强。研究结果可为寒区岩土工程的建设提供理论依据。