大壩溝門水庫區(qū)巖石軟化性能試驗研究

摘要：通過采用巖樣干燥和飽和狀態(tài)下的物理力學性能試驗，對大壩溝門水庫區(qū)代表性巖樣的軟化性能進行了研究。結(jié)果表明，隨著含水率的增加，巖石單軸抗壓強度下降，水對庫區(qū)巖石的軟化作用具有普遍性。

關(guān)鍵詞：大壩溝門水庫；巖石；軟化性能

1、 概述

巖石軟化系數(shù)是工程巖體以及巖塊質(zhì)量評價的重要指標之一。按照水利電力部2001年頒布的《水利水電工程巖石試驗規(guī)程》，巖石材料的軟化系數(shù)為飽和狀態(tài)下單軸抗壓強度平均值與干燥狀態(tài)下單軸抗壓強度平均值的比值。

2、試驗方案

通過室內(nèi)試驗以獲取庫區(qū)巖石的物理力學參數(shù)，對干燥、飽和下的試樣進行分組試驗，以得到巖石的軟化系數(shù)。

2.1試件制作

根據(jù)《水利水電工程巖石試驗規(guī)程》（SL264-2001）將現(xiàn)場采取的巖樣制備成圓柱體試件，每種巖石制備3組，分別進行干燥和飽和狀態(tài)下的巖石單軸壓縮試驗。

2.2巖石力學性能試驗

通過單軸壓縮變形試驗，研究單軸壓縮條件下巖石的力學性能，包括抗壓強度、變形特性及其相關(guān)參數(shù)，并通過比較不同狀態(tài)下巖石的強度獲得巖石的軟化系數(shù)。

3、試驗方法

嚴格按照《水利水電工程巖石試驗規(guī)程》（SL264-2001）的要求，制備合理的試件，進行試驗。單軸壓縮試驗在WEW-1000D試驗機上進行，試驗前對試件進行描述，主要包括：（1）巖石名稱、顏色、主要礦物成分、顆粒大小及結(jié)構(gòu)特征（如節(jié)理、裂隙發(fā)育情況及充填膠結(jié)情況、風化程度等）可能影響試驗結(jié)果的因素；受力方向與層理、片理、節(jié)理、裂隙方向的關(guān)系，記錄試樣缺陷。試驗過程中密切監(jiān)視試驗曲線。

4、試驗取樣時注意事項

在軟化系數(shù)試驗取樣時應(yīng)注意：①確保巖樣的數(shù)量能夠進行干燥、飽和抗壓強度試驗；②巖樣的選取應(yīng)盡可能滿足巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征近于一致的要求；③在試件完成烘干的冷卻步驟中，將試件留放在烘箱中緩慢冷卻至室溫，以降低溫度驟降時可能出現(xiàn)的較大的溫度應(yīng)力，從而減少原有裂隙的發(fā)展和新的微結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)生，以此達到減小溫度對巖石強度的影響的目的。

5、試驗結(jié)果及分析

圖示為斷裂前巖樣的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線。

根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，可以看出，巖石屬于塑性-彈性-塑性變形。應(yīng)力峰值前期變形分為3個階段，即壓密階段、彈性變形階段、和向塑性變形過渡階段直到破壞階段。在壓密階段，隨著軸向應(yīng)力的增加，軸向應(yīng)變也增加，曲線呈上凹形狀，其原因是巖石試件中的微裂隙或節(jié)理面被壓密實，總體上試件體積變?。辉趶椥宰冃坞A段，隨著巖石中的微裂隙和節(jié)理面受壓閉合，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系呈近似于線彈性性質(zhì)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線彈性段的長度標志了各巖樣中的裂隙程度以及節(jié)理面的寬度不同而引起的閉合程度上的差異；在向塑性

變形過渡直到破壞階段，巖石試件隨著軸向壓力的繼續(xù)增加內(nèi)部產(chǎn)生微裂隙，荷載繼續(xù)增加致使裂隙擴展并最終匯合貫通最終使巖石破裂，應(yīng)力-應(yīng)變曲線下降。

試驗發(fā)現(xiàn)，水對巖石強度有明顯的影響，不同含水率下巖石的單軸抗壓強度不同，含水率越高，強度越低，反之亦然，體現(xiàn)了軟化系數(shù)（飽和抗壓強度和干燥抗壓強度比值）的普遍性。

6、結(jié)論

（1）巖石在應(yīng)力峰值前可以劃分為3個變形階段：壓密階段、彈性變形階段、向塑性變形過渡直到破壞階段。

（2）含水率對巖石單軸抗壓強度的影響是顯著的，巖石吸水后有明顯的軟化現(xiàn)象。表現(xiàn)在，含水率越高，強度就越低。

（3）進行了軟化系數(shù)試驗和數(shù)據(jù)的收集整理，發(fā)現(xiàn)水對巖石的軟化作用具有普遍性。

[作者簡介]孟慧娟，2008年7月畢業(yè)于天津大學，工學碩士，工程師，主要從事巖土工程。