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水-岩化学作用的岩石宏观力学效应的试验研究-岩石力学与工程学报
第21 卷 第4 期 岩石力学与工程学报 21(4) :526~531
2002 年4 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April ,2002
水-岩化学作用的岩石宏观力学效应的试验研究*
1 1 2
汤连生 张鹏程 王思敬
(1 中山大学地球科学系 广州 510275)
(2 中国科学院地质与地球物理研究所工程地质力学开放实验室 北京 100029)
摘要 为了研究水-岩化学作用对岩石的宏观力学效应,在常温常压、不同循环流速条件下,对不同化学性质的水
化学溶液作用下的花岗岩、红砂岩和灰岩进行了单轴抗压强度试验,取得了时效性的定量结果。结果表明:水化
学作用后,3 种岩石的强度均出现了不同程度的下降。分析发现:(1) 水溶液对岩石的力学效应与水-岩化学作用
密切相关;(2) 岩石的化学损伤与水-岩化学反应强度成正比;(3) 水-岩化学作用对岩石的力学效应具有很强的时
间效应;(4) 影响岩石化学损伤的主要因素有:岩石的物理性质和矿物成分、水溶液的化学性质、岩石的结构或
物质成分空间分布的非均匀性、水溶液通过岩石的流动速率和岩石的成因及演化历史等5 个因素。
关键词 水溶液,岩石,化学作用,力学效应,化学损伤
分类号 TU 451,TU 458+ .3 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2002)04-0526-06
率条件下,测试水-岩化学作用导致岩石单轴抗压强
1 前 言 度的变化,以探讨水-岩化学作用的宏观力学效应及
其机理。
地质环境中的活跃因素是地下水,它是一种成
分复杂的化学溶液,即使是纯水,它与岩体相互作 2 材料与方法
用,除了物理上的以外,还有更为复杂的水-岩化学
作用或水-岩反应,往往对岩石(体) 的力学效应比单 2.1 岩石试件
纯的物理作用产生更大的影响。对遇水后强度降低 试验选用花岗岩、红砂岩和灰岩3 种岩石,岩
的岩石,水是造成其损伤的一个重要原因,有时它 石的矿物组成和显微结构参数见表1。3 种岩石的试
[1]
比力学因素造成的损伤更为严重 。
20 世纪 60 年代,有学者注意到水对岩石的作 表1 岩石试件的矿物组成、颗粒大小、密度和孔隙度
用不能仅从有效应力原理简单地考虑水对受力岩石 Table 1 Composition,grain size,density and porosity
的力学效应,而且还是一种复杂的应力腐蚀过程。 of the samples
长期以来都认为化学环境对摩擦变形具有相当重要
岩石 矿物含量 颗粒尺寸 密度 孔隙度
的作用[2~6] [7] 胶结物质 -3
。一些研究者曾对含水岩石的强度 及水 试件 / % / mm / g ·cm / %
对岩石具时间效应的变形特性[8,9]和水对岩石的弹
花岗岩45 An ,29 Or ,25 Q ,1 oth 硅质 0.2~5.0
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