武漢巖土所巖石水物理化學作用效應研究獲進展

　　隨著我國對水資源高效開發(fā)利用的需求日益突出，我國西部地區(qū)長距離輸水隧洞的安全建設、水電開發(fā)過程中庫岸邊坡的穩(wěn)定性等問題逐漸凸顯。水物理化學作用是造成巖體損傷和力學性質劣化的重要原因，巖石水物理化學作用效應已成為制約長距離輸水隧洞、庫岸邊坡安全穩(wěn)定性的關鍵技術難題之一。

　　中國科學院武漢巖土力學研究所地質災害與3S技術課題組研究員劉建等從細觀層面分析了砂巖的水物理化學損傷機理，提出了砂巖彈塑性和蠕變力學特性的水物理化學作用效應機制。

　　通過對不同水環(huán)境下砂巖孔隙率、pH值演變和礦物蝕變等開展一系列的試驗研究，從微細觀層次分析砂巖的水物理化學損傷機制，在此基礎上，提出以蒸餾水環(huán)境下測得的次生孔隙率為基礎，從總次生孔隙率中將水化學作用產生的次生孔隙率分離出來的方法，進而建立基于次生孔隙率變化的砂巖水物理化學損傷變量表達式，提出了反映水物理化學作用效應的非線性彈性本構模型——改進Duncan模型。研究結果表明：砂巖水物理損傷主要受水流導致的礦物顆粒間膠結物與碎屑運移和擴散影響，與水化學損傷與離子濃度、pH值等水環(huán)境變化密切相關；二者所誘發(fā)的次生空隙是水物理化學作用影響砂巖力學性質的主要原因。

　　通過對干燥、飽水以及不同離子濃度和酸堿度水溶液循環(huán)流動作用至水-巖反應平衡后的砂巖試件開展一系列蠕變試驗，研究結果表明：（1）砂巖蠕變的水溶液離子濃度作用效應呈現出離子濃度越高則蠕變特性越顯著的特點；（2）不同酸堿度溶液彼此之間對砂巖蠕變特性影響效應的差異性并不顯著。

　　研究成果應用于拉西瓦水電站果卜岸坡、茨哈峽水電站庫岸邊坡等多項工程中，為水電工程庫岸邊坡穩(wěn)定性評價提供了重要依據。研究成果發(fā)表在《巖石力學與工程學報》、《巖土力學》上，上述工作得到國家自然科學基金項目(40672192，50479072)、國家自然科學基金重點項目(50539090)資助。

（左）砂巖彈塑性力學特性的水物理作用機制示意圖；（右）不同水溶液循環(huán)流動作用后的砂巖應力應變關系曲線