饱水红砂岩裂隙冻胀力与变形试验研究

作者:田镇; 李银平; 王贵宾; 马洪岭; 张君岳; 毕振辉
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冻融循环脉高海拔地区常年受到冻融循环脉的影响,冻胀岩体断裂的现象很常见。为了探索冻胀力在冻胀断裂变形中的演化规律,揭示冻胀断裂岩石的破坏机理,利用由分布式压力膜传感器、温度传感器和应变仪组成的测试系统公司,对不同断裂宽度的饱和断裂样品的冻融过程进行了实时、全面的监测,得到了断裂变形、温度和断裂应变随时间的变化曲线。试验结果表明,在冻融过程中,饱和水裂隙中mm处出现恒温平台,表明裂隙水处于冻结状态,且裂隙宽度越大,恒温平台出现的时间越长。岩石表面应变与温度变化拐点同步,裂纹应变拐点滞后于温度拐点,但裂纹应变与最高温度变化同步。当恒温台地出现时,岩石表面应变的快速上升主要是由岩石骨架收缩和变形的共同作用引起的岩石孔隙水的变化快于裂缝中的温度变化,导致冻胀的裂缝水滞后。在熔融过程中,冻胀力和应变再次攀升,出现第二高点。对于宽度为2~2mm的裂纹,最大冻胀力峰随裂纹宽度的增加而增大。在增加.的整个冻融过程中,冻胀力的分布是不规则的,而且冻胀力从四面八方向内部增加,周围的冻胀力面积与不变基本相同。冻融机理分析表明:首先,岩石块体周围形成一层冻结层,然后裂隙水冻结,逐渐形成冰塞。当冰塞不再是滑移,并达到完全闭合状态时,裂缝应变迅速上升,冻胀力突然上升到最大值,裂缝尖端的应力集中,导致微裂纹。在熔化过程中,岩石表面熔化,裂缝中出现二次裂缝。初步分析了断裂岩体孔隙水和裂隙水的冻结规律,为合理分析断裂岩体的破坏机理提供了依据。