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摘 要： 摘要：隨著三峽水庫的運營，在庫水位反復起落作用下，庫岸邊坡消落帶部分巖體長期處于浸泡-風干循環狀態，水巖循環作用造成的巖體力學特性劣化將直接影響庫岸邊坡的變形穩定。本文結合前人的研究，以三峽庫區庫岸邊坡消落帶砂巖為代表巖體，分析總結了水巖作
摘要：隨著三峽水庫的運營，在庫水位反復起落作用下，庫岸邊坡消落帶部分巖體長期處于浸泡-風干循環狀態，水巖循環作用造成的巖體力學特性劣化將直接影響庫岸邊坡的變形穩定。本文結合前人的研究，以三峽庫區庫岸邊坡消落帶砂巖為代表巖體，分析總結了水巖作用下砂巖力學特性劣化規律。
關鍵詞：水-巖作用;砂巖;巖性劣化
1 引言
巖石是一種由多種礦物組成且包含有許多孔隙、裂痕等不連續面的非均勻非線性體。對于構成庫岸邊坡的巖體來說，將面臨周期蓄水、排水而帶來的重大工程實際問題。按照水庫運行要求，庫水每年都將按“冬蓄夏洪”的調度計劃在145m的防洪水位和175m的蓄水發電水位之間或緩慢或快速的升降。在約600km長河道兩岸形成高差為30m的消落帶。在庫水位的周期性升降變化過程中，消落帶部分巖體處于浸泡-風干循環狀態，水巖作用效應尤為明顯，消落帶是庫岸邊坡水巖作用的敏感地帶[1-2]。蓄水以來，三峽庫區較多岸坡出現了明顯的變形破壞跡象。在水庫長期運行過程中，水巖作用對庫岸邊坡巖土體物理力學性質影響顯著[1]。為了保障人民財產安全，合理且有效地對庫岸邊坡進行治理，結合庫區岸坡巖組情況，本文以砂巖為代表巖體，結合前人所做的研究，進行水巖作用下的力學特性分析，分析結論可為庫區庫岸邊坡巖體的穩定性分析提供一定的實驗依據。
2. 水巖作用下砂巖的研究
關于水巖作用對巖石物理性能的影響，許多學者做了大量的基礎性研究，并獲得了豐富的成果。然而國內外對巖石的研究大部分都只是單一的水-巖作用，而較少考慮巖石在不同水巖條件下的巖石力學性能劣化，只有極少數研究涉及兩種不同水巖作用的對比。
2.1 單一水巖作用下的研究
F S Jeng[3]、M.L.Lin[4]研究了干濕循環作用下砂巖劣化的微觀機制。劉新榮等研究發現，干濕循環作用下砂巖的彈性模量、抗壓強度、黏聚力與內摩擦角都有不同程度的降低[5]。閻宗嶺[6]對處于干濕循環條件下的砂巖進行了單軸壓縮試驗，得到其應力-應變曲線，發現砂巖強度和彈性模量隨著干濕循環次數的增加而劣化，且與循環次數之間呈對數關系。周翠英對西南地區的紅砂巖進行不同時間的飽水處理，測定其不同飽水時間點的單軸抗壓強度、抗拉強度和抗剪強度與飽水時間的關系，發現三者的變化皆呈指數態勢，各參數指標隨著飽水時間的增加而不斷弱化，最終趨于恒值。鄧華鋒等針對庫岸邊坡水巖作用過程，研發了YRK-1 巖石浸泡儀，進行了考慮水壓力升降變化和浸泡−風干循環的水−巖作用試驗，發現浸泡水壓力變化幅度越大，水巖作用損傷效應越明顯。李克鋼根據“飽和-風干”循環作用下巖石吸水性、單軸壓縮和剪切試驗測得數據，深入研究了巖石吸水率、單軸抗壓及抗剪強度、彈性模量等巖石參數對“飽和-風干”循環作用下的演化特征。
相關期刊推薦：《巖石力學與工程學報》雜志，于1982年經國家新聞出版總署批準正式創刊，CN:42-1397/03，本刊在國內外有廣泛的覆蓋面，題材新穎，信息量大、時效性強的特點，其中主要欄目有：研究進展與工程實錄、博士學位論文摘要、動態。
不同浸泡-風干循環次數，所有砂巖試塊的應力-應變關系曲線形態總體一致，都能劃分為4個重要階段：①微裂隙壓密階段;②彈性變形階段;③屈服階段;④破壞階段。隨著浸泡風干循環次數的增加，應力-應變曲線的初始斜率逐漸降低，壓密階段逐漸變長，彈性階段逐漸變短，而且斜率逐漸變小，屈服階段逐漸明顯，峰值強度逐漸降低，達到峰值強度的時的軸向應變值逐漸增大，巖樣破壞時應力-應變曲線的跌落趨勢逐漸變緩，砂巖的脆性特征逐漸減弱，延性逐漸明顯。其中對巖樣的彈性模量、峰值強度和峰值應變進行了定量分析。由試驗可以得出，隨著浸泡-風干循環次數增加，砂巖的彈性模量呈現明顯的先陡后緩的劣化趨勢，總體而言，前6次浸泡-風干循環作用對砂巖的彈性模量影響較大，占總劣化幅度的85%左右，其中前兩次的浸泡-風干循環作用導致的劣化幅度明顯較大。砂巖的單軸抗壓強度呈現出與彈性模量一致的劣化趨勢。
2.2 不同水巖作用下研究
目前國內對巖石的研究大部分都只是單一的水巖作用, 而較少考慮巖石在不同水巖條件下的巖石力學性能劣化。崔凱研究了板巖在不同飽水作用和干濕循環在不同水巖作用次數下的巖石力學參數變化特征，并對兩種水巖作用下的力學參數進行橫向對比研究。朱朝輝對砂巖在飽水-干燥循環、飽和及長期浸泡飽和三種狀態下進行巴西劈裂試驗，發現飽和-干燥循環后的砂巖抗拉強度比長期浸泡的要低。由此可見，上述研究對巖石在不同水巖作用下的弱化有一定的研究，但是對不同水巖作用下的巖石力學參數研究不夠系統，只集中在單一的巖石參數上，對巖石在水巖作用下的內部劣化機制也缺乏明確的分析，且考慮砂巖受不同水巖作用影響的研究則是更少。
通過對砂巖試塊在飽水作用和干濕循環兩種不同水巖作用下單軸壓縮試驗的研究，發現其應力-應變曲線均為壓密階段、彈性階段、屈服階段和破壞階段;水巖作用對砂巖試塊有很強的劣化效應，具體表現為各組砂巖試塊平均單軸抗壓強度、彈性模量與水巖作用次數之間的負相關關系，即隨著水巖作用次數的增加，砂巖試塊單軸抗壓強度和彈性模量表現為單調遞減的走向，而曲線的降低幅度不斷變小。
飽水作用和干濕循環是兩種常見的水巖作用，砂巖在這兩種作用下的劣化機理有所不同。飽水作用下，水從試件表面浸入試件內部裂隙，親水性礦物顆粒吸附水膜增厚發生體積膨脹，進而對巖石內部裂隙產生損傷作用;干濕循環過程是試件在飽和損傷的基礎上，對試件進行干燥。
3 結語
本文通過對水巖相互作用研究現狀的描述，以及對眾多專家學者所做的水巖相互作用下的試驗的分析，可知在水巖作用過程中，砂巖的力學性能劣化效應明顯，其劣化程度隨著水巖作用次數的增加而增加;砂巖力學參數在水巖作用初期的弱化響應比較強烈，后期弱化幅度降低;干濕循環對砂巖力學特性的劣化效應強于飽水作用對砂巖力學特性的劣化效應。——論文作者：張化晉