Исследование эволюции внутренних повреждений гнейсов с учетом умягчения воды

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 12672 (2023) Цитировать эту статью

223 доступа

Подробности о метриках

В туннелях из мягких пород во время строительства часто возникают большие деформации, особенно когда грунтовые воды просачиваются и размягчают окружающую породу. Для достижения цели изучения смягчающего влияния водного погружения на прочность и устойчивость вмещающих пород было отобрано 15 образцов горных пород для физико-механических испытаний в 5 условиях: естественное состояние и свободное погружение на 1, 3, 6 и 9 месяцев. Технология ядерного магнитного резонанса (ЯМР) также была принята для проверки внутренней пористой структуры образцов с различной длительностью погружения, таким образом, особенности микроструктуры гнейса, такие как распределение спектра времени релаксации ЯМР Т2, пористость и соотношение объемов пор затем были получены различные размеры пор при умягчении воды. Результаты ЯМР показывают, что чем дольше продолжительность свободного погружения образца горной породы, тем больше пористость; при этом количество микропор в породе при взаимодействии воды и породы постепенно уменьшается, а мезопоры сначала несколько увеличиваются, а затем все время уменьшаются. Количество макропор постепенно увеличивается. При продолжительности погружения 6 месяцев количество макропор начинает существенно увеличиваться, а механические свойства образцов начинают существенно падать. К 9 месяцам доля макропор в породе достигла 57,6%. Результаты показали, что рост числа макропор является основной причиной макроскопического разрушения образца горной породы. Результаты исследования имеют значение для строительства на объектах в богатых водой районах.

В особых природных условиях в богатых водой районах инженерно-геологические сооружения неизбежно будут подвергаться воздействию грунтовых вод. По сравнению с другими горными породами, мягкие породы имеют характеристики сломанной структуры и высокой расширяемости, а длительное погружение в воду приводит к снижению самонесущей способности и очевидному снижению прочности с точки зрения механических свойств1, в то время как внутренние повреждения проявляются Постоянное изменение сложной пористой структуры существует в породе в процессе умягчения воды, что определяет механические свойства и характеристики разрушения макроскопических веществ в породе2. Следовательно, если можно точно определить характеристики внутреннего повреждения мягких пород при размягчении погружением, очень важно будет проанализировать деформацию и разрушение мягких пород.

В настоящее время многими отечественными и зарубежными учеными проведено множество экспериментов и теоретических исследований по влиянию размягчающего воздействия погружением в воду на свойства и внутренние повреждения горных пород. Что касается влияния на механические свойства, Hashiba et al. провели испытания на сжатие и растяжение, чтобы выяснить, может ли водонасыщение повлиять на деформацию и разрушение горного андезита. Результаты показывают, что прочность горных пород на сжатие и растяжение линейно уменьшается с логарифмом водонасыщенности3. Хасан и др. использовал метод насыщенного каверномера для проведения экспериментов по взаимодействию воды и породы и исследовал, как вода влияет на механизм прочности гранита при различных степенях выветривания. Результаты показывают, что при наличии воды в микроструктуре породы будут происходить процессы смачивания и высыхания. В этом процессе образуется множество микропор, что приводит к ослаблению структуры и прочности породы4. Чтобы изучить, как физико-механические свойства песчаника изменяются под воздействием воды, Чжоу и др. использовали испытания на одноосное сжатие для изучения песчаников с различным содержанием влаги. Он показывает, что прочность на одноосное сжатие и модуль упругости песчаника обратно пропорциональны содержанию влаги, а это означает, что присутствие воды размягчит породу и ослабит механические свойства5. Чтобы выяснить весь процесс и механизм выветривания и разрушения гротов Лунъю из-за изменения водной среды, Шао и др. провели испытания механических свойств и упругих волн песчаника в различных водоносных условиях. Результаты исследований показывают, что с увеличением влажности характеристики размягчения деформации ослабевают, а пиковая прочность и модуль упругости снижаются в геометрической прогрессии6. Учитывая, что присутствие воды вызовет градиентное изменение внутренней температуры породы, что еще больше повлияет на ее механические свойства, Ю и др. Проведя несколько циклов охлаждения и нагревания гранита, а также проведя статические механические эксперименты, испытание показывает, что при проведении испытания в нескольких циклах в холодных и горячих условиях прочность гранита значительно снижается7. Рабат и др. оценили влияние воды на пиковую и остаточную прочность на сжатие и касательный модуль растяжения материалов при различных давлениях с помощью испытаний на трехосное сжатие и обнаружили, что при различных условиях всестороннего давления вода может привести к изменению прочности и модуля упругости испытуемого образца горной породы. значительно уменьшить8. Верстринг и др. исследовали влияние влаги на форму повреждения железистого песчаника как с микроскопической, так и с макроскопической стороны, причем экспериментальный анализ проводился на разных уровнях. Установлено, что прочность и жесткость железистого песчаника более низкого качества снижались более заметно9. В испытании на ползучесть с контролем акустической эмиссии адсорбция воды песчаником изменила поведение образца от метастабильного разрушения при ползучести до ускоренного разрушения. Изучить механизм действия воды на силу оливина и внутренние структурные изменения. Тилке и др. провели два испытания на деформацию оливина, подвергавшегося воздействию безводных и гидратированных условий, и обнаружили, что кристалл гидролизуется и ослабевает, а прочность значительно снижается10.