大理巖干濕循環(huán)力學(xué)特性試驗(yàn)研究

王 偉，龔傳根 ，朱鵬輝 ，朱其志，徐衛(wèi)亞

（1.河海大學(xué) 巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098；2.河海大學(xué) 江蘇省巖土工程技術(shù)工程研究中心，江蘇 南京 210098）

1 研究背景

巖石是一種多孔介質(zhì)材料，不同巖性材料內(nèi)部都存在一定量的微裂紋、微孔隙、節(jié)理等缺陷，當(dāng)其與水相遇，在水巖不斷耦合作用下，巖體會(huì)產(chǎn)生膨脹、潤(rùn)滑、泥化、軟化、崩解現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致巖體產(chǎn)生風(fēng)化，微觀上礦物顆粒之間的黏結(jié)力逐漸弱化，巖體物理力學(xué)特性發(fā)生改變，最終導(dǎo)致宏觀上巖體發(fā)生變形，甚至破壞。錦屏水電站位于金沙江最大支流雅礱江普斯羅溝峽谷段，壩區(qū)兩岸山體陡峻，基巖裸露，1 820～1 900 m高程以下為大理巖出露段，庫區(qū)周邊環(huán)境地質(zhì)條件復(fù)雜，且水位變化影響范圍區(qū)域廣泛，季節(jié)性水位變化、汛期、非汛期或是計(jì)劃性周期蓄排水都會(huì)引起水位周期性變化，水庫高邊坡巖石承受水力干濕交替風(fēng)化作用，導(dǎo)致巖石受風(fēng)化程度嚴(yán)重，往往會(huì)誘發(fā)邊坡滑坡失穩(wěn)，由此給工程帶來諸多安全隱患。因此進(jìn)行水巖耦合作用下尤其是干濕循環(huán)作用下巖石變形破壞規(guī)律和細(xì)觀破壞機(jī)理的研究具有十分重要的意義。

水巖相互作用是巖體工程穩(wěn)定性研究的重要內(nèi)容，相關(guān)的研究領(lǐng)域主要包括：水巖物理作用、水巖化學(xué)作用和水巖力學(xué)作用。國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)水巖物理作用干濕循環(huán)下巖石力學(xué)特性展開了一系列的研究，其中Jeng等［1-2］以砂巖為研究對(duì)象，通過大量的室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)砂巖的強(qiáng)度隨干濕循環(huán)的次數(shù)增加而減低，當(dāng)試驗(yàn)循環(huán)進(jìn)行到60次時(shí)，其單軸抗壓強(qiáng)度降低了20%。劉新榮等［3-5］對(duì)三峽庫區(qū)砂巖進(jìn)行了室內(nèi)干濕循環(huán)模擬性試驗(yàn)研究，得到了水-巖循環(huán)作用下巖石抗剪強(qiáng)度的劣化規(guī)律，進(jìn)一步將內(nèi)摩擦角和黏聚力變化規(guī)律通過FLAC數(shù)值模擬應(yīng)用于工程實(shí)際，取得了良好的效果。姚華彥等［6］對(duì)紅砂巖進(jìn)行了干濕循環(huán)單軸和三軸壓縮試驗(yàn)，結(jié)果表明，砂巖的彈性模量隨干濕交替次數(shù)增加而降低，同時(shí)巖石的延性增強(qiáng)。韓鐵林等［7］針對(duì)水庫庫岸邊坡消落帶節(jié)理巖體，分析了浸泡在不同化學(xué)溶液中的裂隙試樣在不同干濕循環(huán)作用后其力學(xué)特征的變化規(guī)律。尹宏磊等［8］將材料性質(zhì)的循環(huán)變化等效成載荷，探討了干濕循環(huán)作用對(duì)邊坡安定性的影響，結(jié)果表明，即使只考慮抗剪強(qiáng)度參數(shù)10%的循環(huán)變化，邊坡的安定安全系數(shù)也會(huì)比極限安全系數(shù)有相當(dāng)程度的減小。此外許多學(xué)者開展了巖石滲流應(yīng)力耦合三軸試驗(yàn)研究和模型分析［9-12］，進(jìn)一步豐富了水巖耦合作用的機(jī)理研究。綜上所述，目前關(guān)于干濕循環(huán)效應(yīng)的研究多以砂巖（沉積巖）為主，而對(duì)孔隙率相對(duì)較小的大理巖（變質(zhì)巖）變形破壞規(guī)律研究甚少，此外學(xué)者們關(guān)于干濕循環(huán)作用下巖樣破壞形式的研究并不多見。

鑒于此，本文以錦屏水電站庫岸邊幅帶工程的大理巖為研究對(duì)象，開展不同干濕循環(huán)次數(shù)下的單軸和常規(guī)三軸力學(xué)試驗(yàn)，研究大理巖受干濕循環(huán)作用后力學(xué)性能劣化規(guī)律和破壞形式，為庫水變幅帶邊坡巖體力學(xué)性能［13］的研究提供借鑒和參考。

2 試樣制備與試驗(yàn)方案

試驗(yàn)巖樣為取自錦屏水電站左岸邊坡的新鮮大理巖，致密堅(jiān)硬，屬于硬脆性巖石。主要成分有石英、鉀長(zhǎng)石、方解石、蒙脫石等。取回鉆取的巖心后，按照《水電水利工程巖石試驗(yàn)規(guī)程DLT 5368-2007》、《工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50266-2013》等規(guī)范以及國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)（ISRM）的要求加工成50 mm×100 mm（直徑×高度）的標(biāo)準(zhǔn)圓柱試樣（如圖1）。試驗(yàn)在河海大學(xué)巖土力學(xué)及堤壩工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室全自動(dòng)巖石三軸流變伺服儀［14］上進(jìn)行。

圖1 大理巖試樣

試驗(yàn)通過真空桶、真空泵和烘干箱設(shè)備來實(shí)現(xiàn)試樣的干濕循環(huán)，本試驗(yàn)干濕循環(huán)周期為4 d，先將巖樣在負(fù)壓為0.1 MPa的真空抽壓桶內(nèi)注水浸泡3 d，然后在溫度為105℃烘箱內(nèi)干燥1 d。為了研究干濕循環(huán)次數(shù)對(duì)大理巖力學(xué)性能的漸進(jìn)影響，試驗(yàn)制備了7個(gè)干濕循環(huán)樣組，分別開展不同干濕循環(huán)次數(shù)下的單軸和三軸壓縮試驗(yàn)，考慮到水庫邊幅帶大理巖實(shí)際地應(yīng)力狀態(tài)，圍壓考慮了4個(gè)等級(jí)：0、5、10和15 MPa。試驗(yàn)方案見表1。干濕循環(huán)后大理巖的單軸和三軸壓縮試驗(yàn)步驟如下：（1）根據(jù)試驗(yàn)要求，將封存好的干濕循環(huán)后大理巖試樣進(jìn)行尺寸測(cè)量及拍照，將巖樣裝入橡膠套內(nèi)，環(huán)向應(yīng)變計(jì)套于橡膠套外，置于試驗(yàn)機(jī)壓力室內(nèi)，同時(shí)手動(dòng)調(diào)試軸向和環(huán)向應(yīng)變計(jì)至合理初始值。（2）單軸壓縮試驗(yàn)時(shí)，直接進(jìn)行偏應(yīng)力加載，加載方式采用應(yīng)變加載，加載速率為0.02 mm/min。單軸壓縮試驗(yàn)中脆性大理巖加載至峰值應(yīng)力后極易突然破壞，環(huán)向應(yīng)變瞬間增大易損壞儀器，所以不做峰后試驗(yàn)，當(dāng)試驗(yàn)達(dá)至峰值強(qiáng)度后，便停止試驗(yàn)。（3）三軸壓縮試驗(yàn)時(shí)，先給壓力室內(nèi)充油，待排除壓力室內(nèi)空氣且圍壓達(dá)到設(shè)定值后，再進(jìn)行偏應(yīng)力加載。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，卸載圍壓和軸壓，逐一卸下軸向和環(huán)向應(yīng)變計(jì)，并對(duì)巖樣拍照記錄以便繪制破壞形態(tài)圖。

表1 大理巖力學(xué)試驗(yàn)方案

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 強(qiáng)度特性試驗(yàn)結(jié)果分析根據(jù)前述試驗(yàn)方案對(duì)試件進(jìn)行大量的室內(nèi)試驗(yàn)，得到了不同干濕循環(huán)次數(shù)下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如圖2、圖3所示。

圖2 各循環(huán)次數(shù)下單軸試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖3 各循環(huán)次數(shù)下三軸試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線

引入劣化度定量描述干濕循環(huán)對(duì)大理巖強(qiáng)度的影響，進(jìn)一步將其分為階段劣化度和累計(jì)劣化度，公式分別如下：

表2 干濕循環(huán)下大理巖單軸峰值強(qiáng)度

表3 干濕循環(huán)下大理巖三軸峰值強(qiáng)度

結(jié)合各循環(huán)次數(shù)下單軸試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線（圖2）和干濕循環(huán)下大理巖峰值強(qiáng)度分析表（表2）可以看出，水力風(fēng)化耦合作用對(duì)大理巖的強(qiáng)度影響較為顯著，干濕循環(huán)44次后大理巖單軸峰值強(qiáng)度累計(jì)劣化度高達(dá)35.85%。總體上呈現(xiàn)出單軸峰值強(qiáng)度隨干濕循環(huán)次數(shù)增加而降低的趨勢(shì)，初次階段干濕循環(huán)作用的劣化效應(yīng)較為顯著，干濕循環(huán)4次時(shí)的階段劣化度為23.66%遠(yuǎn)大于后40次（4～44次）的累計(jì)劣化度15.96%。另一方面可以看出，大理巖單軸峰值強(qiáng)度階段劣化度和累計(jì)劣化度都有趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，從循環(huán)28次后階段劣化度基本保持穩(wěn)定，由此看出干濕循環(huán)對(duì)庫岸大理巖的力學(xué)性能的影響更大程度的體現(xiàn)在時(shí)間效應(yīng)上。通過各循環(huán)次數(shù)下三軸試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線（圖3）和干濕循環(huán)下大理巖三軸峰值強(qiáng)度分析表（表3）可以看出，同一圍壓下，三軸峰值強(qiáng)度與干濕循環(huán)次數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，高圍壓下干濕循環(huán)的劣化效應(yīng)有所降低，圍壓的影響隨循環(huán)次數(shù)增大而減弱；同一循環(huán)次數(shù)下，圍壓變化對(duì)峰值強(qiáng)度的影響在數(shù)值上的變化規(guī)律基本一致，三軸峰值強(qiáng)度隨圍壓增加而遞增，其中循環(huán)44次時(shí)，最后一級(jí)圍壓變化下，峰值強(qiáng)度有明顯的增加。

進(jìn)一步探究干濕循環(huán)作用對(duì)巖石強(qiáng)度指標(biāo)內(nèi)摩擦角和黏聚力的影響效應(yīng)。應(yīng)用Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則，通過常規(guī)三軸室內(nèi)試驗(yàn)確定巖土體參數(shù)內(nèi)摩擦角和黏聚力［15］，從而定量描述干濕循環(huán)作用對(duì)大理巖內(nèi)摩擦角和黏聚力的影響效應(yīng)。不同干濕循環(huán)次數(shù)下大理巖強(qiáng)度參數(shù)值見表4。

表4 干濕循環(huán)下大理巖強(qiáng)度參數(shù)值

通過表4可以看出，干濕循環(huán)作用下，大理巖的內(nèi)摩擦角和黏聚力都有不同程度的變化。當(dāng)干濕循環(huán)12次、28次時(shí)，大理巖內(nèi)摩擦角基本保持穩(wěn)定，分別變化了0.58%和-3.96%，而黏聚力有較大幅度的降低，分別降低了25.2%，38.99%；當(dāng)干濕循環(huán)44次時(shí)，大理巖內(nèi)摩擦角有較顯著的減小，而黏聚力卻有小幅度的增加，但基本和12次、28次時(shí)保持在同一水平。由于試樣來自于工程現(xiàn)場(chǎng)，試驗(yàn)結(jié)果存在一定的離散性，其中干濕循環(huán)28次試樣的內(nèi)摩擦角和黏聚力的數(shù)值均存在跳動(dòng)現(xiàn)象?？傮w而言，綜合對(duì)比大理巖兩個(gè)強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)摩擦角和黏聚力受干濕循環(huán)作用的影響效應(yīng)，不難發(fā)現(xiàn)，大理巖內(nèi)摩擦角在較低循環(huán)次數(shù)下基本保持穩(wěn)定，隨著循環(huán)的進(jìn)一步加劇出現(xiàn)了一定程度的下降，大理巖黏聚力在初次循環(huán)階段有較大程度下降，隨著循環(huán)次數(shù)的增加而呈現(xiàn)出穩(wěn)定狀態(tài)。因此，大理巖黏聚力受干濕循環(huán)作用的影響效應(yīng)較內(nèi)摩擦角相對(duì)更加明顯，更為敏感。對(duì)比國內(nèi)學(xué)者關(guān)于砂巖力學(xué)參數(shù)研究成果［6，16-17］，發(fā)現(xiàn)砂巖內(nèi)摩擦角和黏聚力隨干濕循環(huán)變化規(guī)律描述的不盡相同，可能與試樣的離散性、干濕循環(huán)的方案以及巖性的差別有關(guān)，有待進(jìn)一步考證。

3.2 巖石變形特性結(jié)果分析錦屏水電站大理巖是一種脆性較強(qiáng)的硬巖［18］，試驗(yàn)的巖樣根據(jù)試樣方案進(jìn)行了不同程度的干濕循環(huán)作用，風(fēng)化的程度也不盡相同，在一定程度上會(huì)影響本身結(jié)構(gòu)特征，所以在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上也會(huì)存在一定程度的差異，下面就大理巖在不同次數(shù)的干濕循環(huán)作用下，分別對(duì)單軸和三軸試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線在不同階段變形特性進(jìn)行對(duì)比分析。圖2為單軸壓縮試驗(yàn)下不同干濕循環(huán)次數(shù)大理巖的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，圖4為大理巖在不同循環(huán)作用、各圍壓下三軸壓縮試驗(yàn)的偏應(yīng)力-軸向/環(huán)向應(yīng)變曲線，其中豎軸左側(cè)為偏應(yīng)力-環(huán)向應(yīng)變曲線，豎軸右側(cè)為偏應(yīng)力-軸向應(yīng)變曲線。

圖4 不同循環(huán)作用、各圍壓下大理巖應(yīng)力-應(yīng)變曲線

對(duì)一般巖石而言，巖石變形有彈性變形、塑性變形和黏性變形3種不同的形式，全應(yīng)力-應(yīng)變曲線可分為4個(gè)階段：微裂紋壓密階段、彈性變形階段、塑性變形階段和應(yīng)變軟化階段。德國學(xué)者米勒（L.Müller）根據(jù)峰前應(yīng)力-應(yīng)變曲線特征，將屬于變質(zhì)巖的大理巖稱為塑-彈-塑性體。從圖2可以看出，不同干濕循環(huán)次數(shù)下大理巖單軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線的形狀基本保持不變，大理巖達(dá)到單軸峰值應(yīng)力后表現(xiàn)出明顯的應(yīng)力跌落。天然大理巖在組織結(jié)構(gòu)上較致密，巖性很脆，所以應(yīng)力-應(yīng)變曲線的壓密段特征很不明顯，直接進(jìn)入近似線性的彈性變形階段，而且塑性變形階段也表現(xiàn)的很不明顯。大理巖成巖的過程中難免會(huì)形成微裂紋、孔隙、缺陷等結(jié)構(gòu)缺陷，經(jīng)過多次干濕循環(huán)，材料性能不斷劣化，相當(dāng)于對(duì)這些缺陷某種程度的放大，從而使大理巖在壓密過程中應(yīng)力增加速率要小于應(yīng)變?cè)黾铀俾剩趹?yīng)力應(yīng)變曲線上表現(xiàn)出不同程度的下凹。從整體上看，在微壓密階段經(jīng)過干濕循環(huán)處理后的大理巖均要比天然大理巖應(yīng)力-應(yīng)變曲線下凹的更明顯，壓密段更長(zhǎng)。

巖樣經(jīng)過彈性階段，由于偏應(yīng)力持續(xù)加載，應(yīng)力值超過該樣的屈服應(yīng)力值后，巖樣內(nèi)部開始萌生新的裂紋，并且新生裂紋隨著應(yīng)力加載不斷發(fā)育，最后裂紋之間出現(xiàn)相互搭接貫通，應(yīng)力-應(yīng)變曲線上出現(xiàn)屈服平臺(tái)，該階段中應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)為上凸，曲線切線斜率隨著應(yīng)力的增加而遞減。圖2中不同循環(huán)次數(shù)下大理巖在應(yīng)力-應(yīng)變屈服階段都沒有出現(xiàn)明顯的屈服點(diǎn)，這是說明大理巖經(jīng)過干濕循環(huán)作用后脆性依然比較強(qiáng)。天然狀態(tài)下巖石干濕循環(huán)0次和4次后峰值應(yīng)變差異不明顯，而經(jīng)過干濕循環(huán)12次之后，峰值應(yīng)變隨循環(huán)次數(shù)有較顯著增大，說明干濕循環(huán)作用相應(yīng)次數(shù)后對(duì)大理巖有一定程度的應(yīng)變軟化作用；三軸試驗(yàn)下，從圖3可以看出各循環(huán)次數(shù)不同圍壓下對(duì)應(yīng)的峰值應(yīng)變隨著圍壓的增加呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，說明圍壓越大，在偏應(yīng)力加載的過程中，巖樣受到的約束作用也會(huì)更強(qiáng)，這使得巖石的延性也得到了增強(qiáng)，所以其對(duì)應(yīng)的峰值應(yīng)變也會(huì)變得更大。

綜合對(duì)比圖2、圖3和圖4可以看出，單軸和三軸壓縮試驗(yàn)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線在壓密階段和塑性變形階段表現(xiàn)出明顯的不同。大理巖在三軸試驗(yàn)的加載過程中，壓密階段很不明顯，曲線下凹程度很小，很快就進(jìn)入了彈性變形階段，隨著圍壓的增大，干濕循環(huán)在此階段的影響效應(yīng)基本可以忽略不計(jì)。通過圖4可以清晰看出，同一循環(huán)次數(shù)下，壓密階段應(yīng)力-應(yīng)變曲線在圍壓5、10和15 MPa下基本重合，說明大理巖在低圍壓5 MPa下很快就被壓密了，產(chǎn)生的新生孔隙不是很多，所以表現(xiàn)出明顯的線彈性。單軸壓縮試驗(yàn)下，干濕循環(huán)作用對(duì)塑性變形階段的影響較小，規(guī)律不明顯，進(jìn)一步說明該錦屏大理巖脆性很強(qiáng)；三軸壓縮試驗(yàn)下，特別是在圍壓5和10 MPa下，循環(huán)28次和44次后的大理巖表現(xiàn)出很明顯的延展性，大理巖出現(xiàn)脆塑性［19～20］，塑性變形明顯提高。結(jié)果表明，干濕循環(huán)作用能一定程度增加大理巖的塑性變形，低圍壓下這種影響效應(yīng)更加顯著。

干濕循環(huán)后大理巖彈性階段的變形特性通常用彈性模量和泊松比進(jìn)行描述，其中彈性模量一般通過切向彈性模量、割線彈性模量和平均彈性模量三種方法確定，本文采用平均彈性模量來描述大理巖的彈性模量，進(jìn)一步探究干濕循環(huán)對(duì)大理巖變形特性的影響，其中平均模量由軸向應(yīng)力-應(yīng)變曲線上近似直線區(qū)段的平均斜率確定。本試驗(yàn)方案中，彈性模量能夠量化反映干濕循環(huán)作用對(duì)大理巖的軟化程度，彈性模量越小，干濕循環(huán)對(duì)大理巖的軟化程度越大。通過單軸試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線確定了不同干濕循環(huán)次數(shù)下大理巖單軸彈性模量及其擬合曲線，如表5和圖5所示。同時(shí)通過常規(guī)三軸試驗(yàn)可得到大理巖在不同圍壓下的彈性模量，如表6所示。

表5 大理巖單軸試驗(yàn)彈性模量

表6 大理巖三軸試驗(yàn)彈性模量 （單位：MPa）

表5和圖5可看出，干濕循環(huán)作用對(duì)單軸試驗(yàn)下大理巖的彈性模量影響顯著，大理巖單軸彈性模量隨循環(huán)次數(shù)的增加逐漸降低。在初次循環(huán)階段，彈性模量有較大幅度的降低，當(dāng)循環(huán)到28次后，彈性模量基本穩(wěn)定在19.5 MPa左右，當(dāng)干濕循環(huán)達(dá)到44次時(shí)，單軸彈性模量累計(jì)劣化度高達(dá)28.17%，這進(jìn)一步說明干濕循環(huán)作用對(duì)庫岸大理巖力學(xué)性能的劣化效果較為顯著，實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)給予充分考慮。從單軸試驗(yàn)彈性模量劣化曲線（圖5）變化規(guī)律上看，彈性模量最終會(huì)趨于某一較低的下限值，此時(shí)大理巖已經(jīng)處于一種嚴(yán)重的水力風(fēng)化狀態(tài)。經(jīng)MATLAB擬合，大理巖單軸試驗(yàn)彈性模量E和干濕循環(huán)次數(shù)n的關(guān)系可用式（3）表示，其相關(guān)系數(shù)R2=0.9574，擬合公式如下：

圖5 單軸試驗(yàn)彈性模量劣化曲線

對(duì)比表5和表6可以看出，同一循環(huán)次數(shù)下，三軸試驗(yàn)彈性模量隨圍壓增大而增加，與相同循環(huán)次數(shù)下單軸試驗(yàn)彈性模量相比有較大幅度的提高；同一圍壓下，三軸試驗(yàn)彈性模量隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加而減小，彈性模量隨循環(huán)次數(shù)下降的幅度較單軸試驗(yàn)有明顯的降低。綜上說明干濕循環(huán)對(duì)大理巖彈性模量有一定程度的劣化效應(yīng)，多次循環(huán)后大理巖彈性模量趨于穩(wěn)定，高圍壓環(huán)境能有效弱化干濕循環(huán)對(duì)彈性模量的劣化效應(yīng)。

3.3 破壞形式結(jié)果分析巖石的破壞形式，指的是巖石在荷載作用下呈現(xiàn)出的宏觀破壞形態(tài)，破壞形式可分為三大類：脆性張拉劈裂破壞、張拉和剪切混合破壞、剪切破壞。巖石在其形成過程中，由于復(fù)雜的地質(zhì)作用，成巖過程中內(nèi)部難免會(huì)出現(xiàn)孔隙、裂紋等缺陷。這些缺陷的分布具有隨機(jī)性，而不同程度和分布的缺陷將會(huì)影響巖石的破壞形式。大理巖在不同次數(shù)干濕循環(huán)作用下，其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的劣化會(huì)導(dǎo)致巖石不同程度的風(fēng)化，這種風(fēng)化程度將對(duì)大理巖宏觀破壞形式產(chǎn)生一定的影響。為了研究不同干濕循環(huán)作用下大理巖的破壞形式，整理出了各試樣破壞形態(tài)圖及相應(yīng)的素描圖。表7描述了大理巖不同干濕循環(huán)次數(shù)下試樣單軸試驗(yàn)的破壞形式。限于篇幅，表8僅給出了圍壓為15 MPa時(shí)不同干濕循環(huán)次數(shù)下試樣三軸試驗(yàn)的破壞形態(tài)圖。

由表7可以看出，在天然狀態(tài)下大理巖單軸壓縮破壞呈現(xiàn)出清晰可見的張拉破壞形式，破裂面有多條。循環(huán)至12次時(shí)，破壞形式依然呈現(xiàn)出明顯的脆性張拉，但破壞面條數(shù)開始呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。從0次和12次干濕循環(huán)下大理巖破壞對(duì)應(yīng)的素描圖可以看出，在干濕循環(huán)初期，大理巖破壞的裂紋與試樣軸向基本保持水平，說明在單軸壓縮試驗(yàn)下，大理巖在干濕循環(huán)初期脆性依然表現(xiàn)的很明顯，此階段的破壞形式可以描述為脆性張拉破壞。從干濕循環(huán)20次和28次時(shí)大理巖破壞形態(tài)圖及其素描圖可以發(fā)現(xiàn)隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加試樣破壞時(shí)的裂紋逐漸傾斜交叉，同時(shí)裂紋的條數(shù)也有明顯的增加，巖石開始出現(xiàn)了較多局部破裂面，破裂面的發(fā)展演化不再是單一的縱向拉裂，破壞形態(tài)趨于復(fù)雜化，由此說明隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，巖石的脆性開始減弱，出現(xiàn)了塑性破壞特征，此階段的破壞特征形式可以描述成張拉、剪切混合破壞。隨著干濕循環(huán)次數(shù)逐漸增加，循環(huán)至36次和44次時(shí)，此階段大理巖的破壞形式出現(xiàn)了顯著的變化，巖樣出現(xiàn)明顯的剪切破壞，而且剪切的破壞面為多條，其中以一條呈45°貫通的破裂面為主，其它幾條次破裂面搭接在主破裂面上，體現(xiàn)了巖樣局部受干濕循環(huán)風(fēng)化作用的影響。這說明單軸試驗(yàn)下，干濕循環(huán)作用后的大理巖表現(xiàn)出脆性轉(zhuǎn)化為塑性的趨勢(shì)，在試樣破壞形態(tài)圖上表現(xiàn)出隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋不斷延展搭接，破裂面逐漸增加。

從表8圍壓為15 MPa時(shí)不同干濕循環(huán)次數(shù)下試樣三軸試驗(yàn)的破壞形式可以看出：三軸壓縮試驗(yàn)下，由于圍壓約束了巖石在加載過程中的側(cè)向變形，當(dāng)有較高圍壓存在時(shí)，大理巖的破壞形式和單軸壓縮試驗(yàn)相比有較大差異，無論是天然狀態(tài)下的巖樣還是干濕循環(huán)作用后的巖樣，其破壞都表現(xiàn)為剪切破壞形式，各巖樣破裂面只有一條呈60°左右的剪切破裂面，不存在局部破裂面，巖樣沒有明顯的被分裂成兩半，巖樣上只形成了一條可見的裂痕，說明高圍壓一定程度上增強(qiáng)了巖樣的延性。同時(shí)對(duì)比15 MPa圍壓下各循環(huán)次數(shù)大理巖破壞時(shí)的素描圖，不難發(fā)現(xiàn)隨著循環(huán)次數(shù)的增加，剪切面基本保持不變，進(jìn)一步說明高圍壓下干濕循環(huán)的劣化效應(yīng)被弱化。

表7 不同干濕循環(huán)下大理巖單軸試驗(yàn)破壞形式

表8 不同干濕循環(huán)下大理巖三軸試驗(yàn)破壞形式（圍壓15MPa）

4 結(jié)論

本文以錦屏大理巖為研究對(duì)象，分別進(jìn)行了不同干濕循環(huán)次數(shù)下的單軸和三軸壓縮試驗(yàn)，分析了大理巖受干濕循環(huán)作用后力學(xué)性能劣化規(guī)律和破壞形式。得出的主要結(jié)論如下：（1）在單軸壓縮試驗(yàn)中，大理巖單軸峰值強(qiáng)度隨干濕循環(huán)次數(shù)增加而降低，初次階段干濕循環(huán)作用的劣化效應(yīng)顯著，單軸峰值強(qiáng)度階段劣化度和累計(jì)劣化度都有趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)；從常規(guī)三軸試驗(yàn)中看出，高圍壓下大理巖峰值強(qiáng)度有明顯提高，圍壓的增加使干濕循環(huán)的劣化效應(yīng)有所降低。（2）大理巖內(nèi)摩擦角在較低循環(huán)次數(shù)下基本保持穩(wěn)定，隨著循環(huán)的進(jìn)一步加劇出現(xiàn)了較大幅度的下降，大理巖黏聚力在初次循環(huán)階段有大幅度下降，隨著循環(huán)次數(shù)的增加而呈現(xiàn)出穩(wěn)定狀態(tài)?？傮w上，大理巖黏聚力受干濕循環(huán)作用的影響效應(yīng)較內(nèi)摩擦角，更為敏感。（3）不同干濕循環(huán)次數(shù)下大理巖單軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線的形狀基本保持不變，大理巖達(dá)到單軸峰值應(yīng)力后表現(xiàn)出明顯的應(yīng)力跌落。大理巖在三軸壓縮試驗(yàn)加載過程中，壓密階段不明顯，很快就進(jìn)入彈性變形階段。干濕循環(huán)對(duì)大理巖彈性模量有一定程度的劣化效應(yīng)，多次循環(huán)后大理巖彈性模量趨于穩(wěn)定，高圍壓環(huán)境能有效弱化干濕循環(huán)對(duì)彈性模量的劣化效應(yīng)。（4）單軸壓縮試驗(yàn)下，干濕循環(huán)初期的大理巖表現(xiàn)出明顯的脆性，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，巖石的脆性開始減弱，出現(xiàn)了塑性破壞特征。同時(shí)裂紋不斷延展搭接，破裂面逐漸增加。對(duì)比15 MPa圍壓下各循環(huán)次數(shù)大理巖破壞時(shí)的素描圖，不難發(fā)現(xiàn)隨著循環(huán)次數(shù)的增加，剪切面基本保持不變，進(jìn)一步說明高圍壓下干濕循環(huán)的劣化效應(yīng)被弱化。

參 考 文 獻(xiàn)：

［1］ JENG F S，LIN M L，HUANG T H.Wetting deterioration of soft sandstone-microscopic insights［C］//An Interna?tional Conference on Geotechnical and Geological Engineering.Melbourne：［s.n.］，2000.

［2］ LIN M L，JENG F S，TSAI L S，et al.Wetting weakening of tertiary sandstones-microscopic mechanism［J］.En?vironment Geology，2005，48（2）：265-275.

［3］ 劉新榮，傅晏，王永新，等.庫水巖作用下砂巖抗剪強(qiáng)度劣化規(guī)律的試驗(yàn)研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2008，30（9）：1298-1302.

［4］ 劉新榮，傅晏，王永新，等.水巖相互作用對(duì)庫岸邊坡穩(wěn)定的影響研究［J］.巖土力學(xué)，2009，30（3）：613-616.

［5］ 劉新榮，傅晏，鄭穎人，等.水巖相互作用對(duì)巖石劣化的影響研究［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2012，8（1）：78-88.

［6］ 姚華彥，張振華，朱朝輝，等.干濕交替對(duì)砂巖力學(xué)特性影響的試驗(yàn)研究［J］.巖土力學(xué)，2010，31（12）：3704-3709.

［7］ 韓鐵林，師俊平，陳蘊(yùn)生.干濕循環(huán)和化學(xué)腐蝕共同作用下單裂隙非貫通試樣力學(xué)特征的試驗(yàn)研［J］.水利學(xué)報(bào)，2016，47（12）：1566-1575.

［8］ 尹宏磊，徐千軍，李仲奎.抗剪強(qiáng)度隨干濕循環(huán)變化對(duì)邊坡安定性的影響［J］.水利學(xué)報(bào)，2008，39（5）：568-572.

［9］ 俞縉，李宏，陳旭，等.滲透壓-應(yīng)力耦合作用下砂巖滲透率與變形關(guān)聯(lián)性三軸試驗(yàn)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2013，32（6）：1203-1213.

［10］ 王偉，鄭志，王如賓，等.不同應(yīng)力路徑下花崗片麻巖滲透特性的試驗(yàn)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2016，35（2）：260-267.

［11］ 孫粵琳，沈振中，吳越健.巖體裂縫擴(kuò)展的滲流-應(yīng)力耦合分析模型［J］.水利學(xué)報(bào)，2007，38（S1）：334-339.

［12］ 劉明明，胡少華，陳益峰，等.基于高壓壓水試驗(yàn)的裂隙巖體非線性滲流參數(shù)解析模型［J］.水利學(xué)報(bào)，2016，47（6）：752-762.

［13］ 周創(chuàng)兵.水電工程高陡邊坡全生命周期安全控制研究綜述［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2013，32（6）：1081-1093.

［14］ 王 偉，徐衛(wèi)亞，王如賓，等.低滲透巖石三軸壓縮過程中的滲透性研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2015，34（1）：40-47.

［15］ 蔡美峰.巖石力學(xué)與工程［M］.北京：科學(xué)出版社，2002.

［16］ 曾勝，李振存，陳涵杰，等.干濕循環(huán)下紅砂巖強(qiáng)度衰減規(guī)律及工程應(yīng)用［J］.長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，8（4）：18-23.

［17］ 王莎莎，謝學(xué)斌，肖崇春，等.考慮干濕循環(huán)效應(yīng)的砂巖邊坡穩(wěn)定性研究［J］.礦冶工程，2015，35（6）：20-24.

［18］ 張春生，陳祥榮，侯靖，等.錦屏二級(jí)水電站深埋大理巖力學(xué)特性研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，29（10）：1999-2009.

［19］ 史貴才，葛修潤(rùn)，盧允德.大理巖應(yīng)力脆性跌落系數(shù)的試驗(yàn)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，25（8）：1625-1631.

［20］ 余華中，阮懷寧，褚衛(wèi)江.大理巖脆-延-塑轉(zhuǎn)換特性的細(xì)觀模擬研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2013，32（1）：55-64.