水化學(xué)作用下砂巖力學(xué)特性劣化試驗(yàn)研究

謝 妮，孫晨光，李鵬程

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，武漢 430074)

自20世紀(jì)50年代以來(lái)，隨著全球經(jīng)濟(jì)和工業(yè)化的迅速發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。在污染較為嚴(yán)重地區(qū)，工程巖體在受到各種外荷載作用的同時(shí)，還會(huì)長(zhǎng)期受到水化學(xué)腐蝕的作用，巖體細(xì)觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的巨大變化致使其力學(xué)特征和性質(zhì)產(chǎn)生劣化，最終導(dǎo)致工程巖體的穩(wěn)定性降低，服務(wù)年限縮短。最新研究表明，共造成74人死亡，8人受傷的重慶武隆雞尾山滑坡的成因與長(zhǎng)期以來(lái)酸雨對(duì)滑帶頁(yè)巖的劣化作用密不可分[1]。此外位于川渝地區(qū)砂巖地層的石窟寺及石刻，在酸雨、地下水等水化學(xué)腐蝕長(zhǎng)期作用下，出現(xiàn)了基巖裂隙、破損、滲水甚至局部失穩(wěn)等不同程度的與砂巖劣化相關(guān)的病害。因此，開(kāi)展水化學(xué)作用下砂巖力學(xué)特性劣化的試驗(yàn)研究，揭示石窟寺巖體的劣化機(jī)理及規(guī)律對(duì)于開(kāi)展石質(zhì)文物保護(hù)具有重要的指導(dǎo)意義。

近年來(lái)，中外學(xué)者在水化學(xué)溶液作用下巖石力學(xué)特性的研究方面取得了許多成果?；魸?rùn)科[2]通過(guò)試驗(yàn)對(duì)砂漿及砂巖材料受酸腐蝕過(guò)程中物理、化學(xué)及力學(xué)特征進(jìn)行了研究，同時(shí)建立了受酸腐蝕過(guò)程中材料的宏、細(xì)觀模型；Feng等[3]對(duì)水化學(xué)腐蝕作用下花崗巖的力學(xué)特性劣化特征進(jìn)行了試驗(yàn)研究，同時(shí)建立了巖石的損傷變量以及相應(yīng)的本構(gòu)關(guān)系；陳四利等[4-5]對(duì)不同水化學(xué)溶液腐蝕作用下的砂巖進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，分析了巖石的化學(xué)力學(xué)特性劣化特征，并且對(duì)裂紋擴(kuò)展過(guò)程進(jìn)行顯微觀測(cè)，分析水化學(xué)作用下巖石試樣的細(xì)觀破裂特征及損傷機(jī)理；Li等[6]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究水-巖作用下巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)特性的化學(xué)損傷破壞機(jī)理，并建立了相關(guān)的損傷本構(gòu)模型；湯連生等[7]、Nara等[8]、Karfakis等[9]、Reinhardt等[10]，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究不同水化學(xué)腐蝕作用對(duì)巖石斷裂力學(xué)特性的影響規(guī)律；王偉等[11]通過(guò)三軸壓縮試驗(yàn)獲得了水化學(xué)環(huán)境對(duì)砂巖強(qiáng)度和變形特性的影響規(guī)律。韓鐵林等[12]通過(guò)對(duì)砂巖在不同化學(xué)溶液開(kāi)展三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)研究，指出不同水化學(xué)溶液對(duì)砂巖的劣化程度，指出不同化學(xué)溶液下砂巖的裂紋擴(kuò)展半徑與其力學(xué)損傷的關(guān)系。同時(shí)巖石礦物顆粒間存在孔隙、缺陷及微觀結(jié)構(gòu)面，巖石在不同的水化學(xué)環(huán)境的作用下，巖石礦物成分、結(jié)構(gòu)不斷變化。例如，伊利石等在水化學(xué)及風(fēng)化作用影響下晶粒外圍松散變小、膠結(jié)物黏結(jié)變?nèi)蹩紫敦炌ǖ冉Y(jié)構(gòu)變化[13]，進(jìn)而導(dǎo)致巖體物理力學(xué)性質(zhì)逐漸劣化，其實(shí)質(zhì)是微細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化引起的宏觀力學(xué)特性劣化的過(guò)程[13-18]，俞縉等[19]研究了水化學(xué)及凍融循環(huán)共同作用下巖石的力學(xué)特性及微細(xì)觀結(jié)構(gòu)劣化特征。最近, Kramarov 等[20],結(jié)合(semi-circular bend,SCB)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)測(cè)試和數(shù)字圖像相關(guān)性來(lái)測(cè)量全場(chǎng)位移和量化斷裂過(guò)程區(qū)。高速攝像機(jī)捕捉到的裂隙的擴(kuò)展路徑和形態(tài)，同時(shí)反映了水或酸不同水化學(xué)作用后巖微觀結(jié)構(gòu)的劣化規(guī)律。目前研究成果主要集中在H+、OH-濃度較高的水化學(xué)溶液與巖石發(fā)生化學(xué)腐蝕作用對(duì)巖石宏觀力學(xué)特征的影響等方面，但是多數(shù)工程巖體所處的地下水或其他水化學(xué)環(huán)境的pH介于5～8，針對(duì)水化學(xué)溶液初始濃度在此之間的水-巖化學(xué)反應(yīng)的研究尚不多，需要進(jìn)一步探究。

鑒于此，采用初始pH=5.0的Na2SO4溶液、pH=3.0的Na2SO4溶液和蒸餾水三種不同的水化學(xué)溶液，將砂巖在不同水化學(xué)環(huán)境中浸泡不同時(shí)間后開(kāi)展三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，研究砂巖力學(xué)特性的劣化情況，并且通過(guò)偏光顯微鏡和掃描電鏡(scanning electron microscope，SEM)進(jìn)行試驗(yàn)，觀察砂巖試樣表面及其內(nèi)部微細(xì)觀結(jié)構(gòu)的損傷劣化情況，探究不同水化學(xué)環(huán)境下砂巖宏觀力學(xué)性質(zhì)及微細(xì)觀結(jié)構(gòu)的劣化機(jī)制，研究結(jié)果將對(duì)與水化學(xué)環(huán)境相關(guān)的巖體工程的安全性和穩(wěn)定性有一定的參考價(jià)值。

1 材料和方法

1.1 材料和儀器介紹

砂巖試樣選自重慶市淶灘鎮(zhèn)二佛寺，加工成帶預(yù)制裂縫的標(biāo)準(zhǔn)半圓柱形試件。砂巖試件的尺寸及試驗(yàn)加載方式，如圖1所示。試件為半徑R=50 mm、高B=50 mm的半圓柱體，預(yù)制裂縫長(zhǎng)度a=25 mm，寬度為1～2 mm。通過(guò)聲波檢測(cè)儀對(duì)砂巖的樣品進(jìn)行檢測(cè)并分組，將差別較大的試樣去除，將波速相近砂巖試樣的設(shè)置為一組。共分成4組，每組包含5個(gè)砂巖試樣，總計(jì)20個(gè)砂巖試樣。經(jīng)測(cè)量計(jì)算在自然狀態(tài)下，其平均密度為2.33 g/cm3。

圖1 三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)示意圖

經(jīng)礦物成分鑒定后其由砂粒(約90%)和膠結(jié)物(約10%)組成，為孔隙式膠結(jié)。其中砂粒成分復(fù)雜，主要是巖屑顆粒(約40%)，其次是石英(約30%)和長(zhǎng)石(約20%)，還有少量云母、輝石、磁鐵礦鐵質(zhì)礦物，邊緣為次圓狀為主，部分是次棱角狀。粒徑在0.15～0.6 mm。大多數(shù)粒徑在0.3～0.5 mm，為中粒砂。膠結(jié)物分布于砂粒之間孔隙中，除泥質(zhì)成分外，還有鐵質(zhì)。膠結(jié)物含量較少，巖石結(jié)構(gòu)成熟度較好。

1.2 試驗(yàn)方法

試樣按順序依次進(jìn)行編號(hào)，在105 ℃的溫度條件下，烘干試樣，等待完全冷卻后，利用抽真空法，將其中三組試樣強(qiáng)制性于0.1 mol/L pH=3.0的Na2SO4溶液，0.1 mol/L初始pH=5.0的Na2SO4溶液和蒸餾水三種溶液中飽和。其中于pH=3.0的Na2SO4溶液中飽和的試樣連續(xù)浸泡30 d，持續(xù)檢測(cè)pH，使水化學(xué)溶液pH維持不變；其余兩組浸泡120 d，期間測(cè)量溶液pH的變化，試驗(yàn)中溶液配制如表1所示，最后進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)。

表1 化學(xué)溶液配制

三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)在5 000 kN壓力機(jī)上進(jìn)行，加載速率保持0.002 mm/s直至試件開(kāi)裂破壞。加載過(guò)程中通過(guò)高倍攝像機(jī)高速拍攝裂縫的擴(kuò)展情況，拍攝區(qū)域如圖1中虛線位置所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 砂巖浸泡水化學(xué)溶液的pH變化規(guī)律

在試驗(yàn)過(guò)程中持續(xù)測(cè)量浸泡在初始pH=5.0的Na2SO4溶液(工況②)和蒸餾水(工況③)兩種工況下水化學(xué)環(huán)境的pH，記錄兩種工況下pH的變化規(guī)律，如圖2所示。

圖2 兩種水化學(xué)溶液的pH隨時(shí)間變化曲線

試驗(yàn)中工況②和工況③下的水化學(xué)溶液，隨著水化學(xué)作用時(shí)間的推移，pH逐漸增大，并且水化學(xué)溶液呈現(xiàn)弱堿性。主要是由于隨著作用時(shí)間的延長(zhǎng)，水化學(xué)作用程度加深，水化學(xué)溶液中H+反應(yīng)更徹底。

試驗(yàn)初期，兩種工況下溶液pH的變化速率較高，隨著時(shí)間的推移，pH的變化速率逐漸減小，并于實(shí)驗(yàn)后期趨于穩(wěn)定。這主要是由于水-巖的化學(xué)作用在時(shí)間方面具有階段性，試驗(yàn)前期水化學(xué)作用反應(yīng)強(qiáng)烈，隨著水化學(xué)作用時(shí)間的推移，水化學(xué)作用反應(yīng)速率逐漸變緩，最終在試驗(yàn)后期趨于停止。

兩種工況下的水化學(xué)作用，初始pH=5.0的Na2SO4溶液的pH在水化學(xué)腐蝕的前40 d變化比較顯著，隨后其變化幅度逐漸變小最終趨于穩(wěn)定，而蒸餾水溶液的pH在水化學(xué)腐蝕的前80 d變化顯著。結(jié)果表明，蒸餾水溶液浸泡下，水化學(xué)腐蝕作用強(qiáng)烈的時(shí)間更長(zhǎng)。

2.2 荷載-時(shí)間關(guān)系曲線

對(duì)自然狀態(tài)及三種不同溶液浸泡后的四組砂巖試樣分別進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，不同狀態(tài)下砂巖試樣的荷載-時(shí)間關(guān)系曲線如圖3所示。關(guān)系曲線的形態(tài)可分為彈性階段、壓密階段、破壞階段。通過(guò)對(duì)比可以得出如下結(jié)論。

圖3 不同水化學(xué)條件下三點(diǎn)彎曲的荷載-時(shí)間關(guān)系曲線

(1)不同水化學(xué)環(huán)境浸泡后，砂巖試樣的初始?jí)好茈A段存在差異。自然狀態(tài)和兩種酸溶液下的試樣隨著壓密區(qū)的加長(zhǎng)，荷載-時(shí)間之間的非線性有所增加，曲線呈上凹型，但是蒸餾水浸泡下的試樣并不明顯。

(2)隨著應(yīng)力的增大，荷載-時(shí)間關(guān)系曲線呈近似線性，從而進(jìn)入彈性階段，彈性階段的斜率自然狀態(tài)>初始pH=5.0的Na2SO4溶液>pH=3.0的Na2SO4溶液。蒸餾水浸泡120 d的砂巖試樣出現(xiàn)明顯的劣化趨勢(shì)，彈性階段不明顯，呈現(xiàn)出明顯的塑性變形。相同的水化學(xué)作用時(shí)間，蒸餾水溶液對(duì)砂巖試樣的劣化程度比初始pH=5.0的Na2SO4溶液更深。

(3)同時(shí)記錄不同狀態(tài)砂巖試樣的峰值荷載，結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可知，經(jīng)過(guò)水化學(xué)腐蝕作用的砂巖試樣相較于自然狀態(tài)下砂巖試樣，峰值強(qiáng)度均有不同程度的減小，說(shuō)明在不同的化學(xué)溶液中飽和浸泡后，砂巖試樣發(fā)生不同程度的劣化。對(duì)比pH=3.0的Na2SO4溶液和初始pH=5.0的Na2SO4溶液作用的砂巖試樣，當(dāng)初始pH減小，并且H+維持在同一濃度時(shí)，砂巖試樣短時(shí)間內(nèi)峰值荷載減小，即短時(shí)間內(nèi)劣化明顯，說(shuō)明H+對(duì)砂巖試樣有明顯的劣化作用。但是相同的浸泡時(shí)間，蒸餾水浸泡的巖樣峰值強(qiáng)度的劣化程度遠(yuǎn)大于初始pH=5.0的Na2SO4溶液，說(shuō)明初始pH=5.0的Na2SO4溶液在反應(yīng)后期對(duì)水-巖反應(yīng)有一定的抑制作用。且蒸餾水及初始pH=5.0的Na2SO4溶液浸泡下，部分曲線表現(xiàn)出明顯的延性特征，除了砂巖試樣本身的差異性原因外，也存在水的潤(rùn)滑作用的影響，水的潤(rùn)滑作用使巖石的顆粒之間出現(xiàn)了相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)和滑移，從而導(dǎo)致在相同的荷載作用下位移增大。

圖4 不同水化學(xué)條件下砂巖的峰值荷載

2.3 斷裂韌度分析

巖石的斷裂韌度可以作為衡量巖石抵抗其自身裂紋發(fā)展能力的重要力學(xué)指標(biāo)。由于本次試驗(yàn)的試樣采用直切槽切口，因此斷裂韌度的計(jì)算公式可以采用國(guó)際巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)[21-22]建議的計(jì)算公式[式(1)]，同時(shí)給出了平面應(yīng)力狀態(tài)下無(wú)量綱應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算公式[式(2)]

(1)

(2)

將三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)直接測(cè)得的加載在巖石試樣上的最大荷載Pmax以及試樣的尺寸參數(shù)R、B、a、S一同代入式(1)和式(2)中，計(jì)算出不同狀態(tài)砂巖試樣的I型斷裂韌度，計(jì)算結(jié)果如圖5所示。由圖5可知:

圖5 不同水化學(xué)條件下砂巖的斷裂韌度

(1)不同狀態(tài)下I型斷裂韌度KIC均較為集中，這說(shuō)明試驗(yàn)結(jié)果的離散性較小，不同工況下的斷裂韌度可以由相應(yīng)工況下的平均斷裂韌度代表。

(2)根據(jù)計(jì)算所得的斷裂韌度值，可以得出化學(xué)腐蝕后砂巖試樣的斷裂韌度相對(duì)于自然狀態(tài)試樣的斷裂韌度均有所降低，這主要是由于水化學(xué)作用使砂巖內(nèi)部礦物顆粒間的膠結(jié)作用減弱，砂巖抵御裂縫擴(kuò)展的能力降低。相同的水化學(xué)作用時(shí)間下，蒸餾水浸泡的砂巖試樣斷裂韌度遠(yuǎn)小于初始pH=5.0的Na2SO4溶液下的砂巖試樣，這也說(shuō)明反應(yīng)后期初始pH=5.0的Na2SO4溶液對(duì)砂巖試樣的劣化有抑制作用。

2.4 裂隙擴(kuò)展形態(tài)分析

為了探究不同水化學(xué)環(huán)境和浸泡時(shí)間對(duì)砂巖試樣斷裂裂隙的形態(tài)特征的影響，通過(guò)高倍攝像機(jī)高速拍攝裂縫的擴(kuò)展情況，并且將從粗糙度和起伏度進(jìn)行研究。在本實(shí)驗(yàn)中，節(jié)理粗糙度系數(shù)(joint roughness coefficient，JRC)是由裂隙上隨機(jī)不規(guī)則微凹凸線組成，能夠從細(xì)觀結(jié)構(gòu)尺度上來(lái)表征裂隙的粗糙度，其計(jì)算公式見(jiàn)式(3)[23]，同時(shí)平均起伏角iave按式(4)計(jì)算，起伏角標(biāo)準(zhǔn)偏差SDi按式(5)計(jì)算。

JRC=1.14SDi-3.88

(3)

(4)

(5)

不同工況下砂巖試樣的斷裂裂隙的JRC計(jì)算結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知同自然狀態(tài)下的試樣相比，經(jīng)過(guò)水化學(xué)作用后的巖樣裂隙的粗糙度和起伏度明顯降低。這主要是由于水化學(xué)腐蝕作用下，巖石式樣的礦物成分及砂巖顆粒之間的膠結(jié)物質(zhì)發(fā)生改變，顆粒間膠結(jié)性能變?nèi)酰M(jìn)而導(dǎo)致顆粒、孔隙、裂隙形態(tài)大小等微細(xì)觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。裂紋擴(kuò)展路徑主要沿顆粒邊界在膠結(jié)物中發(fā)生，同時(shí)，膠結(jié)物遇水軟化，砂巖試樣的脆性特征減弱，延性特征增強(qiáng)，水化學(xué)溶液對(duì)破壞面擾動(dòng)影響降低，所以經(jīng)過(guò)水化學(xué)作用的砂巖試樣裂隙的粗糙度和起伏度明顯降低。同時(shí)也表明蒸餾水溶液相比初始pH=5.0的Na2SO4溶液對(duì)砂巖試樣的劣化程度更深，這與峰值荷載和KIC變化的結(jié)果是一致的。

圖6 不同水化學(xué)條件下砂巖斷裂裂隙JRC

3 砂巖的酸腐蝕劣化機(jī)理

3.1 砂巖表面微觀分析

對(duì)本文利用偏光顯微鏡對(duì)不同工況下的巖石薄片進(jìn)行了礦物成分及其光學(xué)特性的鑒定，探究不同水化學(xué)環(huán)境作用下砂巖試樣的損傷劣化機(jī)制，結(jié)果如圖7所示。經(jīng)過(guò)不同水化學(xué)作用后，巖石中的孔洞量出現(xiàn)了不同程度的增加。自然狀態(tài)下，巖石試樣中只有較少的孔洞，即巖石的初始損傷很?。唤?jīng)過(guò)pH=3.0的Na2SO4溶液飽和浸泡后，其表面的孔洞明顯增多、變大，這說(shuō)明酸性溶液溶蝕作用對(duì)巖石試樣造成的損傷很明顯；經(jīng)過(guò)蒸餾水飽和浸泡120 d后，其表面的孔洞也明顯增多，但是初始pH=5.0的Na2SO4溶液飽和浸泡后的砂巖試樣孔洞量只有少量增加，即初始pH=5.0的Na2SO4溶液浸泡對(duì)巖石試樣造成的損傷較小，說(shuō)明反應(yīng)后期初始pH=5.0的Na2SO4溶液對(duì)砂巖試樣的劣化作用有所抑制。這一試驗(yàn)結(jié)果與不同溶液溶蝕對(duì)砂巖宏觀力學(xué)特性的影響規(guī)律符合。

圖7 不同水化學(xué)條件下砂巖試樣表面顯微結(jié)構(gòu)

3.2 砂巖內(nèi)部的掃描電鏡觀察和能譜分析

為了進(jìn)一步揭示不同化學(xué)溶液下砂巖試樣水化學(xué)作用的損傷劣化機(jī)理，采用掃描電鏡SEM對(duì)不同工況下砂巖試樣內(nèi)部的微細(xì)觀形態(tài)進(jìn)行觀察分析，并且應(yīng)用能譜儀檢測(cè)不同工況下砂巖部分元素的含量表以及能譜圖，結(jié)果如表2～表5所示，如圖8所示。通過(guò)圖8可知，自然狀態(tài)下砂巖試樣內(nèi)部形貌相對(duì)比較粗糙，礦物顆粒粒徑相對(duì)較大，結(jié)構(gòu)致密，而不同化學(xué)腐蝕作用后砂巖試樣內(nèi)部出現(xiàn)了明顯的劣化現(xiàn)象，礦物顆粒的粒徑有所減小，礦物顆粒的棱角變得圓滑，礦物表面的粗糙程度降低，結(jié)構(gòu)也變得疏松松散；然而不同水化學(xué)腐蝕作用下砂巖試樣微細(xì)觀結(jié)構(gòu)的發(fā)生不同的損傷劣化程度。

圖8 不同水化學(xué)條件下砂巖試樣表面顯微結(jié)構(gòu)試樣內(nèi)部的掃描電鏡圖

表2 自然狀態(tài)下砂巖試樣的元素含量表

表3 0.1 mol/L Na2SO4 pH=5.0溶液(120 d)砂巖試樣的元素含量表

表4 0.1 mol/L Na2SO4 pH=3.0溶液(30 d)砂巖試樣的元素含量表

表5 蒸餾水溶液(120 d)砂巖試樣的元素含量表

由圖9～圖12可知，pH=3.0的Na2SO4溶液飽和浸泡后，砂巖試樣內(nèi)部顆粒粒徑變小，顆粒間的膠結(jié)物基本被溶蝕，進(jìn)而導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得疏松，能譜分析結(jié)果顯示鎂，鐵元素幾乎沒(méi)有；蒸餾水溶液浸泡下試樣內(nèi)部礦物顆粒磨圓度極其疏松程度大于初始pH=5.0的Na2SO4溶液飽和浸泡下的試樣，能譜圖中橫坐標(biāo)表示的是所激發(fā)元素的加速電壓，縱坐標(biāo)是能譜儀所收集的反射粒子數(shù)，圖9～圖12中顯示不同水化學(xué)作用下鎂，鐵元素均有所降低；初始pH=5.0的Na2SO4溶液下的元素相對(duì)于自然狀態(tài)下也有所降低，但降低程度較小，從微細(xì)觀角度說(shuō)明了，當(dāng)H+濃度足夠大，溶液促進(jìn)砂巖試樣內(nèi)部微細(xì)觀結(jié)構(gòu)的損傷劣化程度，但是當(dāng)H+濃度減小，溶液相對(duì)于蒸餾水溶液對(duì)砂巖的劣化作用有所緩解。

圖9 自然狀態(tài)下砂巖試樣的能譜分析結(jié)果

圖10 0.1 mol/L Na2SO4 pH=5.0溶液(120 d)砂巖試樣的能譜分析

圖11 0.1 mol/L Na2SO4 pH=3.0溶液(30 d)砂巖試樣的能譜分析

圖12 蒸餾水溶液(120 d)砂巖試樣的能譜分析

4 結(jié)論

(1)隨著水化學(xué)作用時(shí)間的加長(zhǎng)，初始pH=5.0的Na2SO4溶液和蒸餾水兩種溶液對(duì)砂巖的腐蝕作用均趨于相對(duì)平衡，并且蒸餾水達(dá)到平衡的時(shí)間更長(zhǎng)。水化學(xué)作用的速率具有明顯的時(shí)間階段性，試驗(yàn)初期，pH變化速率快，隨著時(shí)間的推移，變化速率逐漸減慢，直到趨于穩(wěn)定。

(2)不同水化學(xué)溶液浸泡作用下砂巖試樣的劣化程度各不相同。當(dāng)溶液pH足夠小時(shí)，H+會(huì)加快砂巖試樣的水化學(xué)作用，進(jìn)而增大劣化程度。在H+濃度低的情況下，蒸餾水對(duì)砂巖試樣的劣化作用大于初始pH=5.0的Na2SO4溶液，即初始pH=5.0的Na2SO4溶液相較于水溶液在試驗(yàn)后期對(duì)砂巖試樣的劣化有抑制作用。

(3)隨著水化學(xué)作用時(shí)間的增長(zhǎng)，膠結(jié)物質(zhì)軟化并發(fā)生破壞，砂巖試樣破壞過(guò)程中的塑性特征逐漸顯著，脆性特征逐漸減弱，延性特征有所增加。同時(shí)顆粒間膠結(jié)性能變?nèi)?，水化學(xué)溶液對(duì)破壞面擾動(dòng)影響降低，導(dǎo)致試樣的裂隙粗糙度和起伏度逐漸降低。

(4)水化學(xué)腐蝕作用不僅引起了砂巖試樣的礦物成分的改變，而且礦物顆粒、孔隙，裂隙的大小及形狀等微細(xì)觀結(jié)構(gòu)也發(fā)生了改變，最終導(dǎo)致巖石的物理力學(xué)特性發(fā)生改變，砂巖試樣隨著H+或水化學(xué)作用時(shí)間的增大，峰值荷載，斷裂韌度均減小。