賈淯斐 夏 冬,2,3 李富平,2,3 蘇浩然 趙 雪

(1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,河北 唐山 063210;2.河北省礦業(yè)開發(fā)與安全技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北 唐山 063210;3.河北省礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院,河北 唐山 063210)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,凍寒區(qū)礦產(chǎn)資源價(jià)值日益凸顯,但在凍寒區(qū)進(jìn)行礦產(chǎn)資源開發(fā)時(shí),必將面臨由水、低溫、高溫差等惡劣環(huán)境所引起巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性降低所帶來的安全隱患[1-2]。在凍寒區(qū)中凍融劣化作為主要的物理風(fēng)化作用之一,其對巖體、土體的劣化過程普遍認(rèn)為是在冰點(diǎn)溫度上下反復(fù)變化過程中,孔隙水發(fā)生水冰相變,引起體積膨脹產(chǎn)生凍脹力作用于裂隙結(jié)構(gòu),推動裂隙結(jié)構(gòu)發(fā)育,并且有學(xué)者認(rèn)為水的熱遷移也會促進(jìn)巖體、土體自身結(jié)構(gòu)劣化[3-4]。因此在凍寒區(qū)進(jìn)行礦產(chǎn)資源開發(fā)與工程建設(shè)時(shí),對凍融作用下巖石物理力學(xué)性能方面的研究就顯得尤為重要。

國內(nèi)外諸多學(xué)者在凍融作用下巖石物理力學(xué)性能以及劣化特征方面,進(jìn)行了大量試驗(yàn)以及理論研究。張慧梅等[5-6]對砂巖、頁巖開展了凍融循環(huán)試驗(yàn)和力學(xué)測試,發(fā)現(xiàn)了砂巖、頁巖的抗壓強(qiáng)度和彈性模量隨凍融循環(huán)周期增加的衰減規(guī)律;彭成、吳安杰、宋彥琦等[7-9]分別對泥巖、白云巖、花崗巖在凍融循環(huán)作用下的物理力學(xué)特性進(jìn)行了試驗(yàn)探究,試驗(yàn)表明了凍融作用下此類巖石力學(xué)參數(shù)呈指數(shù)衰減;MU等[10]對凍融后的花崗巖、砂巖、千枚巖進(jìn)行了直剪試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)軟巖和硬巖在凍融后其粘聚力、摩擦角的劣化情況存在顯著差異;ZHOU等[11]對凍融后砂巖展開了沖擊載荷試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)凍融作用下砂巖的動態(tài)抗壓強(qiáng)度、彈性模量退化程度與其自身裂隙結(jié)構(gòu)存在密切聯(lián)系;CHEN等[12]研究表明當(dāng)凝灰?guī)r含水飽和度達(dá)到70%以上時(shí),凍融后其基本物理力學(xué)性能才會出現(xiàn)明顯衰減,而且其破壞更容易發(fā)生于含水飽和度較高區(qū)域;劉?？岛退斡萝姷萚13-14]通過研究不同含水率下凍融作用對砂巖的劣化影響,確定含水飽和度60%作為砂巖凍融損傷劣化出現(xiàn)的臨界點(diǎn);劉向峰等[15]發(fā)現(xiàn)含層理缺陷的飽水巖石在遭受凍融作用后其質(zhì)量、縱波波速的劣化程度最為顯著;路亞妮等[16]發(fā)現(xiàn)砂巖各向異性程度隨凍融循環(huán)周期增加而有所加強(qiáng)。

綜上研究表明,凍融作用對巖石物理力學(xué)性能存在顯著劣化影響,但凍融作用對巖石物理力學(xué)劣化規(guī)律、退化程度以及宏觀劣化模式與巖石自身巖性、原生裂隙結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等多方面因素有關(guān),因此對于巖石在凍融作用下其性能劣化需基于實(shí)際工程背景進(jìn)行針對性研究分析。本文選用研山鐵礦東幫邊坡的條帶狀磁鐵石英巖為試驗(yàn)對象,進(jìn)行最高為280次的凍融循環(huán)試驗(yàn),對到達(dá)設(shè)定凍融周期的巖樣進(jìn)行基于應(yīng)變監(jiān)測的單軸壓縮試驗(yàn),分析不同凍融循環(huán)周期下條帶狀磁鐵石英巖物理力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律,以期為后繼巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 巖樣分析及試驗(yàn)方案

1.1 巖樣采集、制備

試驗(yàn)采用的條帶狀磁鐵石英巖取自于研山鐵礦東幫邊坡,該區(qū)域?qū)儆诩竟?jié)性凍融區(qū),冬季最低溫度可達(dá)-25 ℃,夏季最高溫度可達(dá)40 ℃,研山東幫邊坡臨近新河,地下水涌水量較大,邊坡常年處于浸水狀態(tài)。將現(xiàn)場所取巖塊加工成直徑為50 mm,高為100 mm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱試樣,確保加工精度滿足《水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》[17]規(guī)范要求,加工后標(biāo)準(zhǔn)巖樣示意如圖1所示。

圖1 巖塊采集和巖樣制備Fig.1 Rock block collection and rock sample preparation

巖樣制備完成后,篩掉表面存在明顯缺陷的巖樣,并采用ZBL-U5100非金屬超聲檢測儀對剩余巖樣進(jìn)行波速測量,篩選出波速相近的64個(gè)巖樣,其目的是為減小巖樣之間的差異性。在開展試驗(yàn)之前,對巖樣基本物理參數(shù)進(jìn)行測量與計(jì)算,如表1所示。

表1 巖樣基本物理參數(shù)Table 1 Basic physical parameters of rock samples

1.2 巖樣成分、結(jié)構(gòu)分析

巖石是由多種礦物成分排列組合形成的礦物集合體,其礦物成分、排列方式以及裂隙結(jié)構(gòu)的不同,均會引起巖石物理力學(xué)性能的改變[18]。由此通過偏光顯微鏡、X射線衍射對條帶狀磁鐵石英巖的礦物成分、含量進(jìn)行分析測試,并采用反射偏光顯微鏡對巖石原生裂隙分布進(jìn)行觀察。

通過偏光顯微鏡對巖樣礦物成分、分布情況在透鏡、反鏡下進(jìn)行觀察,并采用目估法對巖樣礦物成分含量占比進(jìn)行估算,如圖2所示。條帶狀磁鐵石英巖屬于柱狀粒狀變晶結(jié)構(gòu),條帶狀構(gòu)造,其主要成分為石英(55%)、鐵閃石(10%)、斜長石(3%)、白云石(1%),金屬礦物(30%)為磁鐵礦和赤鐵礦。石英是它形、粒狀,顆粒間呈緊密的齒狀鑲嵌結(jié)構(gòu),聚集形成淺色條帶;鐵閃石是半自形、柱狀,淺綠至淡綠色,斜消光,閃石解理,部分成分為鎂鐵閃石至鐵閃石之間的過渡相,與磁鐵礦聚集呈暗色條帶;磁鐵礦是灰?guī)У厣?自形、粒狀,聚焦呈條帶狀,沿其邊部或裂隙呈不同程度的赤鐵礦化。石英聚集呈淺色條帶,鐵閃石與磁鐵礦等聚集呈暗色條帶,暗色條帶與淺色條帶相間分布呈條帶狀。

圖2 條帶狀磁鐵石英巖的礦物成分和分布Fig.2 Mineral composition and distribution of striped magnetite quartzite

通過X射線衍射試驗(yàn)(XRD)對條帶狀磁鐵石英巖的主要成分進(jìn)行鑒定,該巖石主要礦物成分是石英、鐵閃石、磁鐵礦、赤鐵礦,與偏光顯微鏡觀察所得結(jié)果相近,如圖3所示。

圖3 條帶狀磁鐵石英巖的XRD衍射圖Fig.3 XRD diffraction pattern of striped magnetite quartzite

采用蔡司透反兩用偏光顯微鏡對條帶狀磁鐵石英巖的原生裂隙分布情況進(jìn)行了觀察分析。所制備的光片尺寸半徑為22 mm高為10 mm,雙面拋光,高溫烘干,試樣如圖4所示。

圖4 光片樣品以及干燥巖片裂隙分布走向(目鏡×物鏡=10×2.5)Fig.4 Light sheet samples and fracture distribution orientation of dry rock fragments(eyepiece×objective =10×2.5)

將樣品在反射光下放大25倍,發(fā)現(xiàn)礦物顆粒呈條帶狀聚集,其中亮白色為赤鐵礦,圍繞在一級灰白色磁鐵礦周圍,黑灰色基質(zhì)為石英。該巖石礦物晶體顆粒較大且獨(dú)立,連續(xù)性較差,鑲嵌于石英基質(zhì)之中。樣品表面存在較多黑色斑點(diǎn)或黑色區(qū)域,對此解釋為:微小尺寸的黑色斑點(diǎn)可能為巖樣原生孔隙、缺陷,較大尺寸或黑色區(qū)域?yàn)闃悠吩诖蚰?、拋光過程中造成的部分礦物顆粒斷裂、脫落,在基質(zhì)表面留下坑跡或不平整晶體表面。其次,巖樣表面裂隙普遍是橫穿條帶分布。

根據(jù)上述現(xiàn)象初步推測:第一,條帶狀構(gòu)造與層狀構(gòu)造下巖石礦物顆粒排列分布、聚集方式和膠結(jié)方式存在明顯差異,因此不可簡單將層狀巖石破裂機(jī)制與條帶狀磁鐵石英巖等同;第二,通過觀察裂隙分布情況,條帶狀磁鐵石英巖破裂模式可能多為穿晶、沿晶拉伸或混合拉剪式的脆性破壞。

1.3 試驗(yàn)方案

(1)凍融循環(huán)試驗(yàn)。采用CLD型全自動低溫凍融試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn),按照《水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》的凍融試驗(yàn)規(guī)定以及結(jié)合研山氣候特征,設(shè)定凍結(jié)溫度為-20 ℃,融化溫度為20 ℃,凍結(jié)、融化各為6 h,每12 h為一次凍融循環(huán)。設(shè)定最長凍融循環(huán)周期為280次,分別進(jìn)行0次(A組)、10次(C組)、20次(D組)、40次(E組)、70次(F組)、100次(G組)、130次(H組)、180次(I組)、230次(J組)和280次(K組)凍融循環(huán),每次凍融循環(huán)之后觀察巖樣表面是否有明顯礦物顆粒脫落、裂隙生成或者條帶顏色變化,并記錄巖樣飽和質(zhì)量、干燥質(zhì)量和縱波波速,持續(xù)循環(huán)操作直至最后一次凍融循環(huán),凍融循環(huán)周期分布如圖5所示。

圖5 凍融循環(huán)周期分布Fig.5 Distribution of freeze-thaw cycles

(2)單軸壓縮實(shí)驗(yàn)。采用TAW-3000微機(jī)控制電液伺服巖石三軸試驗(yàn)機(jī)對達(dá)到設(shè)定凍融循環(huán)周期的巖樣進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn),并使用DH3816靜態(tài)應(yīng)變儀對荷載作用下巖樣變形情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。預(yù)加載試驗(yàn),以速率為300 N/s加載至1 kN,等待荷載穩(wěn)定后,轉(zhuǎn)換為位移加載,以0.08 mm/min加載至巖樣破裂失去承載能力,在進(jìn)行位移加載的同時(shí),打開靜態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)收集巖樣變形數(shù)據(jù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 凍融作用下條帶狀磁鐵石英巖基本物理參數(shù)演化規(guī)律

2.1.1 飽水質(zhì)量變化規(guī)律

測量每個(gè)凍融循環(huán)次數(shù)下K組巖樣的飽水質(zhì)量,并繪制其隨凍融循環(huán)周期變化分布圖,如圖6所示。

圖6 巖樣飽水質(zhì)量隨凍融循環(huán)周期變化點(diǎn)線圖Fig.6 Point line diagram of the variation of rock sample saturation quality with freeze-thaw cycle

圖6中K組5個(gè)巖樣飽水質(zhì)量隨凍融循環(huán)周期增加的變化趨勢較為相近,在凍融循環(huán)0～20次,K組巖樣的飽水質(zhì)量分別下降了0.46、0.23、0.22、0.37、0.47 g;在凍融循環(huán)20～130次,K組巖樣的飽水質(zhì)量分別上升了0.69、0.56、0.62、0.57、0.53 g;在凍融循環(huán)130～280次數(shù),K組巖樣的飽水質(zhì)量分別下降了0.24、0.41、0.28、0.15、0.26 g。K組巖樣的飽水質(zhì)量隨凍融循環(huán)周期增加均呈先降再升后降的變化趨勢?；诖朔N現(xiàn)象進(jìn)行分析,在凍融循環(huán)初期,巖樣質(zhì)量略微下降可能是由于巖樣自身某些礦物成分與水發(fā)生反應(yīng),或?yàn)檩^大原生裂隙的擴(kuò)張導(dǎo)致少量顆粒剝脫;在凍融循環(huán)中期,巖樣質(zhì)量逐漸上升可能是因巖樣表面裂隙在凍脹作用下逐漸向其內(nèi)部延伸,與巖樣內(nèi)部原生閉口裂隙、孔隙相連,使得自由水被吸入,填補(bǔ)了原生閉口孔隙空間位置,相對增加了巖樣質(zhì)量;在凍融循環(huán)后期,巖樣質(zhì)量有所下降可能是由于巖樣在長期凍融循環(huán)作用下其淺層裂隙結(jié)構(gòu)發(fā)育,表面礦物顆粒逐漸脫落所引起。

2.1.2 開口孔隙率變化規(guī)律

通過式(1)計(jì)算巖樣的開口孔隙率n0,獲得巖樣開口孔隙率n0隨凍融循環(huán)周期的分布情況,如圖7所示。

圖7 凍融作用下條帶狀磁鐵石英巖開口孔隙率散點(diǎn)圖Fig.7 Scatter plot of open porosity of striped magnetite quartzite under freeze-thaw action

式中,Vv0為開口孔隙體積,cm3;V為試件體積,cm3;ρd為試件干密度,cm3;ρw為水的密度,取ρw=1 g/cm3;Wa為巖樣的吸水率,%。

由圖7可知,巖樣開口孔隙率隨凍融循環(huán)周期增加呈非線性增長,巖樣開口孔隙率在凍融循環(huán)280次時(shí)相較于飽水狀態(tài)平均增長了83.38%,其增長速率在凍融前、中期較為顯著。結(jié)合巖樣飽和質(zhì)量的變化趨勢發(fā)現(xiàn),前期凍融0～20次巖樣開口孔隙率增長緩慢,飽和質(zhì)量呈降低趨勢;中期凍融40～130次巖樣開口孔隙率逐漸迅速增長,飽和質(zhì)量同步上升;后期凍融130次之后巖樣開口孔隙率上升減緩,飽和質(zhì)量持續(xù)降低。由此表明了,凍融作用下巖樣內(nèi)部裂隙在發(fā)育過程中,其劣化速率在凍融前、中、后期具有明顯差異,并且此差異是巖樣在凍融作用下其劣化機(jī)制所決定。

2.1.3 縱波波速變化規(guī)律

統(tǒng)計(jì)不同凍融循環(huán)周期下K組巖樣的縱波波速,并繪制其隨凍融循環(huán)周期的變化曲線,如圖8所示。

圖8 凍融作用下條帶狀磁鐵石英巖縱波波速分布Fig.8 Longitudinal wave velocity distribution of striped magnetite quartzite under freeze-thaw action

由圖8可見,隨凍融循環(huán)周期逐漸增加,巖樣縱波波速呈先升后降變化趨勢。在凍融70次時(shí),巖樣縱波波速上升至最高位,相對飽水巖樣增加了2.10%;在凍融280次時(shí),巖樣縱波波速降至最低位,相對于凍融70次、飽水狀態(tài)巖樣分別降低了13.18%、8.24%?？梢妿r樣在凍融作用下其縱波波速變化趨勢,與飽和質(zhì)量變化趨勢存在相似之處,均為階段式變化。導(dǎo)致此類現(xiàn)象的原因是在凍融前中期巖樣表面原生裂隙在反復(fù)凍脹作用下逐漸張開、擴(kuò)展、延伸與其內(nèi)部閉口孔隙貫通,使得水分侵入,聲波在水中的傳播速度大于空氣傳播,致使巖樣縱波波速在低凍融周期下會出現(xiàn)上升趨勢。隨著凍融循環(huán)周期逐漸增加,巖樣裂隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)育,凍融損傷積累顯著,水分侵入引起的波速上升遠(yuǎn)低于孔隙、裂隙結(jié)構(gòu)劣化造成的波速下降,因此在凍融70次后巖樣縱波波速呈非線性降低趨勢。

2.2 凍融作用下條帶狀磁鐵石英巖力學(xué)特性演化規(guī)律

2.2.1 彈性模量變化規(guī)律

通過分析凍融后巖樣抵抗形變能力的變化情況,獲得了巖樣彈性模量隨凍融循環(huán)周期增加的統(tǒng)計(jì)圖,如圖9所示。

圖9 條帶狀磁鐵石英巖彈性模量隨凍融循環(huán)周期變化統(tǒng)計(jì)Fig.9 Distribution of the variation of elastic modulus of striped magnetite quartzite with the number of freeze-thaw cycles

由圖9可知,巖樣彈性模量隨凍融循環(huán)周期增加呈非線性降低趨勢。在凍融循環(huán)40次之前,巖樣彈性模量的降低幅度顯著高于凍融循環(huán)后期。在整個(gè)凍融循環(huán)過程中,巖樣彈性模量從干燥狀態(tài)的21.67 GPa減小至凍融280次的8.24 GPa,降低了61.98%,在凍融40次之前降低了48.22%。由此首先說明了條帶狀磁鐵石英巖在凍融作用下其抵抗形變的能力以及剛度會逐漸衰弱,其塑性變形能力會有所增強(qiáng),然后巖樣抵抗形變的能力在凍融前期衰減幅度較為顯著。同時(shí)巖樣彈性模量的衰減表明了在凍融作用下巖樣內(nèi)部裂隙逐漸發(fā)育,降低了巖樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)的致密程度,使得凍融后巖樣在加載過程中其內(nèi)部裂隙更容易擴(kuò)張、延伸、相互貫通,加快了破裂弱化面的生成,并且隨著凍融循環(huán)周期增加,巖樣在破裂過程中會逐漸從脆性破壞向延性破壞轉(zhuǎn)化。

2.2.2 單軸抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律

不同凍融循環(huán)周期下條帶狀磁鐵石英巖單軸抗壓強(qiáng)度分布圖,如圖10所示。

圖10 凍融后條帶狀磁鐵石英巖單軸抗壓強(qiáng)度分布Fig.10 Uniaxial compressive strength distribution of striped magnetite quartzite after freeze-thaw

觀察圖10,發(fā)現(xiàn)隨凍融循環(huán)周期逐漸增加,巖樣單軸抗壓強(qiáng)度呈非線性降低趨勢。自干燥組巖樣的平均強(qiáng)度為200.93 MPa下降至凍融280次的106.64 MPa,強(qiáng)度降低了46.93%。由于該巖樣非均質(zhì)性較強(qiáng),每組巖樣之間的抗壓強(qiáng)度差異較大,但隨著凍融循環(huán)次數(shù)逐漸增加,每組巖樣的強(qiáng)度極差逐漸縮小,自干燥組強(qiáng)度極差為78.43 MPa降至凍融280次的42.56 MPa,極差降低了45.74%。通過Levenberg-Marquardt優(yōu)化算法確定巖樣平均強(qiáng)度隨凍融循環(huán)周期的衰減公式。

式中,σave為平均強(qiáng)度,MPa;i為凍融循環(huán)周期。

條帶狀磁鐵石英巖結(jié)構(gòu)致密,剛度、強(qiáng)度較大,但隨凍融循環(huán)周期持續(xù)增加,其強(qiáng)度以及自身物理特性在逐漸衰減,其衰減規(guī)律與砂巖、灰?guī)r等孔隙率較大的巖石相類似。表明了條帶狀磁鐵石英巖自身裂隙結(jié)構(gòu)在反復(fù)凍脹作用下逐漸擴(kuò)展、延伸、貫通,使得巖樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸劣化,其劣化速率在凍融循環(huán)前中期較快,在凍融循環(huán)后期逐漸有所緩和。

2.2.3 應(yīng)力特征值變化規(guī)律

在加載過程中巖石微裂隙的活動狀態(tài)控制著巖石的變形程度以及相對應(yīng)的應(yīng)力水平,通過分析荷載作用下巖石的應(yīng)變規(guī)律可得到各變形階段的關(guān)鍵應(yīng)力閾值,將其分為壓密應(yīng)力σcc、起裂應(yīng)力σci、損傷應(yīng)力σcd以及峰值應(yīng)力σF,而且此4個(gè)應(yīng)力特征值分別代表著巖石應(yīng)力應(yīng)變曲線中4個(gè)階段(壓密階段、彈性變形階段、微裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段和微裂隙加速擴(kuò)展階段)的臨界值[19],如圖11所示。

圖11 應(yīng)力特征值示意Fig.11 Schematic of stress characteristic values

凍融作用的存在將會改變巖樣原生裂隙的發(fā)育程度,影響荷載作用下巖樣原本的應(yīng)力水平,繼而可通過應(yīng)力特征值的變化特征去進(jìn)一步判斷巖石凍融損傷的發(fā)育情況。確定4個(gè)應(yīng)力特征值取值方法,峰值應(yīng)力計(jì)算最大軸向應(yīng)力即可;損傷應(yīng)力采用裂紋體應(yīng)變法確定[20];起裂應(yīng)力通過側(cè)向應(yīng)變差方法(LSR)即可獲得[21];壓密應(yīng)力采用移動點(diǎn)回歸法獲得[22]。應(yīng)力特征值確定流程如圖12所示。

圖12 應(yīng)力特征值確定流程Fig.12 Determination process of stress characteristic value

通過上述應(yīng)力特征值確定方法,獲得每個(gè)凍融循環(huán)周期下巖樣的應(yīng)力特征值,并分別計(jì)算損傷應(yīng)力、起裂應(yīng)力、壓密應(yīng)力與峰值應(yīng)力的占比,繪制應(yīng)力特征值和應(yīng)力比值隨凍融循環(huán)周期變化趨勢圖,如圖13所示。

首先觀察圖13(a)發(fā)現(xiàn),峰值應(yīng)力、損傷應(yīng)力、起裂應(yīng)力、壓密應(yīng)力均隨凍融循環(huán)周期增加呈非線性降低,自干燥起至凍融280次,4個(gè)應(yīng)力特征值分別從200.93、169.88、101.85、24.15 MPa降低至106.64、85.77、47.80、5.56 MPa,分別下降了46.93%、49.51%、53.07%、76.98%。同時(shí)觀察圖13(b)發(fā)現(xiàn),巖樣壓密應(yīng)力相對于其自身峰值應(yīng)力比值隨凍融循環(huán)周期增加明顯減小,其減小范圍為0.25～0.10,起裂應(yīng)力比值略微減小,其減小范圍為0.59～0.54,但損傷應(yīng)力比值沒有明顯減小趨勢。由此說明了隨凍融循環(huán)周期增加巖樣內(nèi)部缺陷發(fā)育加劇,導(dǎo)致巖樣自身結(jié)構(gòu)剛度下降,使得巖樣微裂隙在荷載作用下會更快、更容易發(fā)生閉合、擴(kuò)展,降低了巖樣彈性變形程度,促進(jìn)了巖樣內(nèi)部微裂隙發(fā)展。總而言之,凍融后巖樣在荷載作用下其應(yīng)力水平變化將主要取決于自身的微裂隙活躍程度以及其骨架結(jié)構(gòu)剛性、脆性程度的變化。

3 結(jié) 論

(1)條帶狀磁鐵石英巖表面存在與層狀巖石較為類似的條紋形狀,通過偏光顯微鏡以及力學(xué)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),巖樣條帶處并非破裂弱化面,在荷載作用下巖樣更多會發(fā)生沿粒間、穿晶的張拉破壞或?yàn)槔臁羟谢旌掀茐摹?/p>

(2)隨凍融循環(huán)周期逐漸增加,巖樣飽水質(zhì)量和縱波波速呈階段式變化,開口孔隙率呈非線性增長趨勢。在凍融前中期,巖樣飽水質(zhì)量呈先降后升趨勢,其開口孔隙率、縱波波速均呈非線性上升趨勢;在凍融后期,巖樣飽水質(zhì)量逐漸下降,其開口孔隙率上漲速率逐漸減緩,巖樣縱波波速呈非線性下降趨勢?？梢娛菐r樣自身的凍融劣化機(jī)制決定了其物理參量的變化趨勢,同時(shí)其物理參數(shù)變化趨勢也明確表明了條帶狀磁鐵石英巖的凍融劣化機(jī)制具有較強(qiáng)的復(fù)雜性和階段性。

(3)巖樣的抗壓強(qiáng)度、彈性模量隨凍融循環(huán)周期增加呈非線性降低,自干燥至凍融280次分別降低46.93%、61.98%,在凍融后期兩者變化幅度逐漸趨于穩(wěn)定,說明了凍融后巖樣在荷載作用下其抵抗形變能力逐漸減弱,巖樣骨架結(jié)構(gòu)與其內(nèi)部微裂隙演化逐漸達(dá)成新的動態(tài)平衡后,其力學(xué)性能逐漸緩慢退化。

(4)凍融后巖樣在荷載作用下其應(yīng)力水平逐漸降低,壓密應(yīng)力和峰值應(yīng)力比值減小幅度最為顯著,起裂應(yīng)力次之,最后為損傷應(yīng)力。此現(xiàn)象表明了凍融后巖樣在低、中荷載下其內(nèi)部裂隙活躍程度有所增強(qiáng),彈性變形程度逐漸下降,促使巖樣裂隙結(jié)構(gòu)快速發(fā)育。