酸環(huán)境干濕循環(huán)作用下泥灰?guī)r損傷劣化分析*

夏萬春 王林峰 張繼旭 冉 楗 楊 柳 鐘宜宏

(重慶交通大學山區(qū)公路水運交通地質(zhì)減災重慶市高校市級重點實驗室， 重慶 400074， 中國)

0 引 言

三峽庫區(qū)庫岸邊坡消落帶泥灰?guī)r常處于浸濕或干濕循環(huán)作用環(huán)境中，且隨著水質(zhì)的變化常被不同pH值的水溶液反復腐蝕。這些腐蝕和循環(huán)作用將致使巖石微裂紋和孔隙等缺陷萌生、擴展及貫通，造成巖石的力學特性從宏細觀方面產(chǎn)生不同程度的損傷和劣化，這將增加庫岸山體滑坡崩塌失穩(wěn)、庫區(qū)危巖基座軟化、蓄水滲漏等災害發(fā)生的可能性，給三峽庫區(qū)工程建設(shè)及水庫運營帶來諸多安全隱患。如庫區(qū)段龔家方破碎巖體崩滑災害，其由于崩滑體底部的泥灰?guī)r具有灰?guī)r和泥巖的雙重特性，巖體結(jié)構(gòu)疏松，坡體內(nèi)裂隙發(fā)育，成為溶蝕液體的新通道，加劇了泥灰?guī)r的劣化進程，造成岸坡失穩(wěn)破壞(田衛(wèi)明，2019)。

泥灰?guī)r本身作為一種由多種礦物膠結(jié)而成的、含有微裂紋和孔隙的碎屑類巖石材料，其巖質(zhì)軟弱，遇水易崩解，易風化且具弱膨脹性，工程地質(zhì)特性較差，其物理力學指標受水的影響較大，一旦泡水或受化學溶液侵蝕便即刻軟化。由于其弱堿性，酸性環(huán)境最可能成了泥灰?guī)r最不利的化學環(huán)境，加之受到持續(xù)的干濕循環(huán)作用，將導致巖體劣化加劇，最終可能發(fā)育為新生地質(zhì)災害。因此庫區(qū)消落帶泥灰?guī)r在酸環(huán)境干濕循環(huán)下力學性質(zhì)的損傷和劣化問題有待進一步研究，可為庫區(qū)工程建設(shè)提供可靠的科學依據(jù)和理論方法。

針對該問題，國內(nèi)外諸多學者做了大量的研究工作，并積累了豐富的成果。Yang et al. (2018)認為干濕循環(huán)作用對試樣巖石的影響是連續(xù)漸進的，水-巖相互作用后，巖石表面的顆粒大小、特征和孔隙分布會發(fā)生顯著變化。Han et al. (2018)發(fā)現(xiàn)巖石在化學腐蝕后的峰前增量變形部分是由于達到峰值前塑性變形的增加和孔隙壓縮引起的變形，且試樣孔隙度隨縱波速度的變化規(guī)律一致。Wang et al. (2018)分析了紅砂巖在酸雨干濕循環(huán)作用下的崩解特性，認為崩解過程分為早期緩慢崩解階段、中期快速崩解階段和后期緩慢崩解階段3個階段。黃波林等(2019)認為三峽庫區(qū)巖溶岸坡消落帶巖石的低劣化率夾雜結(jié)構(gòu)面的高劣化率，具有不均一性。柴少波等(2022)發(fā)現(xiàn)隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，酸性干濕循環(huán)作用對節(jié)理巖石靜態(tài)抗壓強度的劣化最顯著。申林方等(2021)發(fā)現(xiàn)不同pH溶液環(huán)境下玄武巖劣化效應在前期存在顯著差異，酸性劣化程度最大，中性次之，堿性最弱，但后期劣化程度相當。Liu et al. (2018)、Wu et al. (2020)結(jié)合室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬，建立了干濕循環(huán)作用下巖石損傷劣化顆粒流模型。諸多類似的巖石損傷劣化規(guī)律試驗研究和理論分析均表明損傷劣化是一個漸進而復雜的過程(袁志輝等， 2018； 鞏學鵬等， 2019； 潘振興等， 2020； 安然等， 2022)。

根據(jù)已有的文獻分析發(fā)現(xiàn)，酸環(huán)境下干濕循環(huán)作用對巖石的損傷劣化是一個漸進的過程，外部環(huán)境的復雜程度、作用范圍的大小及巖石本身的性質(zhì)等因素共同決定著巖石力學性質(zhì)損傷劣化的程度，因而存在著不同程度的損傷區(qū)域。然而在諸多研究中對損傷區(qū)域的劃分并不明確和精細，僅有少數(shù)研究對損傷區(qū)作了量化分區(qū)。如：劉杰等(2021)提出了層進式損傷的分區(qū)方法，定義了試樣主要損傷區(qū)并將其細分。呂悅晶等(2021)對水泥穩(wěn)定碎石混合料損傷發(fā)展規(guī)律展開了研究，進行了環(huán)形分區(qū)。

鑒于以上，本文采用室內(nèi)試驗分析和數(shù)值模擬對比的研究手段，引入層進式損傷分區(qū)方法查明了酸環(huán)境干濕循環(huán)作用對泥灰?guī)r力學性質(zhì)的損傷劣化特性，應用顆粒流程序?qū)Ρ确治隽瞬煌h(huán)次數(shù)對力學強度參數(shù)的影響規(guī)律，并驗證了層進劣化規(guī)律與實際是相符的。對庫岸山體滑坡崩塌失穩(wěn)預測、庫區(qū)危巖基座軟化、蓄水滲漏等研究具有十分重要的意義。

1 試驗方案

1.1 試驗制備

為查明酸環(huán)境干濕循環(huán)作用對泥灰?guī)r力學性質(zhì)的損傷劣化特性，開展了泥灰?guī)r試樣在酸環(huán)境下的干濕循環(huán)試驗。選取三峽庫區(qū)重慶巫山峽江段泥灰?guī)r巖塊為研究對象，加工成如圖 1a所示的直徑×高度為50mm×100mm圓柱形試驗試樣，其結(jié)構(gòu)為粉砂泥狀結(jié)構(gòu)。庫區(qū)長年的降雨以酸雨(pH<5.6)為主，重酸雨區(qū)pH可達3.4，為了模擬三峽庫區(qū)庫岸邊坡巖體所處酸環(huán)境的腐蝕作用，試驗配置了一定濃度的硫酸鹽溶液，參照李寧等(2003)試驗方案，溶液pH值設(shè)置為3、5、7 3種，試樣浸泡過程中采用pH檢測筆檢測溶液酸堿度，保持溶液設(shè)定的pH值不變。

圖 1 泥灰?guī)r試樣及烘干環(huán)境Fig. 1 Marl sample and drying environment a. 試驗試樣； b. 烘干環(huán)境

1.2 試驗方法

(1)干濕循環(huán)試驗：每種pH溶液下分3組對試樣進行干濕循環(huán)，共分為9組，如表 1所示。采用室內(nèi)電熱鼓風干燥箱模擬干燥環(huán)境，將試樣放入105℃恒溫箱，如圖 1b，烘干后進行飽水浸泡(圖 2)，一次干濕循環(huán)中試樣飽水浸泡時間為48h，烘干時間為48h。測得泥灰?guī)r試樣天然密度為2.31g·cm-3，吸水率為3.58%。

表 1 干濕循環(huán)試驗方案Table1 Test scheme of dry-wet cycle

圖 2 泥灰?guī)r試樣浸泡環(huán)境Fig. 2 Soaking environment of marl sample a. pH=3； b. pH=5； c. pH=7

(2)單、三軸壓縮試驗：單軸壓縮采用位移方式控制，使用RMT-150C試驗機以0.01mm·s-1的速率恒速豎直加載至試樣破壞； 每組試樣分別進行圍壓為2MPa、4MPa和6MPa的三軸壓縮試驗，以0.01MPa·s-1的速率施加圍壓，等圍壓穩(wěn)定后以0.02kN·s-1的速率施加軸向壓力至試樣破壞。

(3)微觀結(jié)構(gòu)掃描試驗：為探究酸環(huán)境下干濕循環(huán)作用對泥灰?guī)r內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的影響，將試樣切片處理后進行了SEM實驗，得到pH=3、5、7環(huán)境下干濕循環(huán)作用后放大500倍、1000倍、2000倍、5000倍、10000倍、20000倍的微觀結(jié)構(gòu)掃描圖像。

圖 3 泥灰?guī)r試樣干濕循環(huán)后變化Fig. 3 Change of marl sample after dry-wet cycle a. 干濕循環(huán)0次； b. 干濕循環(huán)15次

2 試驗結(jié)果分析及損傷分區(qū)

2.1 試樣宏觀表征變化分析

從圖 3酸環(huán)境干濕循環(huán)作用過程來看，循環(huán)次數(shù)達到15次后，試樣表面出現(xiàn)明顯腐蝕濁跡，浸泡溶液明顯由清澈變?yōu)闇啙?，試驗前后同一試樣烘干后質(zhì)量和體積明顯有所降低，試樣在酸環(huán)境干濕循環(huán)過程中側(cè)壁發(fā)生輕微剝落。

圖4為試樣在溶液pH=3下干濕循環(huán)作用后圍壓4MPa的三軸壓縮破壞圖，從破壞特征來看，破壞形式主要為剪切破壞和張拉破壞，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，張拉裂紋和剪切裂紋逐漸增多，由于現(xiàn)實情況中試樣存在離散性，并不能斷定巖石強度的劣化與裂紋數(shù)量的增多成正相關(guān)關(guān)系，因此只能定性猜測巖石強度可能有所劣化折減。

圖 4 干濕循環(huán)后試樣破壞裂紋擴展Fig. 4 Fracture crack propagation of specimen after dry-wet cycle a. 循環(huán)0次； b. 循環(huán)5次； c. 循環(huán)10次； d. 循環(huán)15次

圖 5 不同pH干濕作用后泥灰?guī)r切片放大1000倍SEM圖像Fig. 5 SEM image of marl slices magnified 1000 times after dry-wet action of different pH a. pH=3； b. pH=5； c. pH=7

2.2 試樣微觀結(jié)構(gòu)變化分析

根據(jù)圖 5泥灰?guī)r內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)放大1000倍掃描圖像可觀察到，試樣在循環(huán)前期出現(xiàn)少量的線性孔隙和微小孔洞，隨著酸濃度和循環(huán)次數(shù)的增加，線性孔隙和孔洞逐漸增多、變長、擴大，孔隙與孔隙、孔洞連通率逐漸增加，最后發(fā)育為次生內(nèi)部裂隙。根據(jù)試樣掃描放大1000倍后統(tǒng)計分析，試驗試樣在pH=3、5、7的溶液中干濕循環(huán)15次后線性孔隙長度大致分別在9～21μm、6～18μm、5～14μm之間變化，孔洞半徑大致分別在6～9μm、4～7μm、3.6～6μm之間變化。與干燥狀態(tài)相比，線性孔隙長度增長范圍在2～12μm之間，孔洞半徑增長范圍在1.3～6μm之間。

圖6為干濕循環(huán)15次后泥灰?guī)r切片放大500倍、1000倍、2000倍、5000倍、10000倍、20000倍的SEM圖像，基于其微觀結(jié)構(gòu)變化，劣化模式可闡述為：巖石被酸溶液浸泡后水分子滲透到巖石內(nèi)部，缺陷部位晶體中的晶粒和膠結(jié)鍵等被水解和削弱，降低了粒間黏結(jié)力，內(nèi)部結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出一定程度的微破碎現(xiàn)象。在微孔洞中水溶性顆粒被水溶解，細巖屑被剝離，留下孔隙裂縫。如果腐蝕和干濕循環(huán)繼續(xù)進行，這些次生裂隙將繼續(xù)發(fā)展產(chǎn)生另一些裂隙，損傷逐漸累積，力學參數(shù)逐漸惡化。邊坡巖體長期處于這種干濕循環(huán)狀態(tài)，將會加速損傷劣化的累積而導致邊坡失穩(wěn)破壞。

圖 6 不同pH干濕作用后泥灰?guī)r切片放大不同倍數(shù)SEM圖像Fig. 6 Marl slices magnified with different multiples of SEM images after dry-wet action of different pH a. pH=3； b. pH=5； c. pH=7

2.3 循環(huán)作用對試樣質(zhì)量損失的影響規(guī)律

巖石干濕循環(huán)前后干質(zhì)量之差與干濕前干質(zhì)量的比值，記為質(zhì)量損失率Km，用百分數(shù)表示。表達式為：

(1)

式中：m1為干濕前巖石試樣的質(zhì)量；m2為干濕后巖石試樣的質(zhì)量。

圖 7 干濕循環(huán)次數(shù)下試樣質(zhì)量損失圖Fig. 7 Sample mass loss under the number of dry-wet cycles

從圖 7干濕循環(huán)次數(shù)與試樣質(zhì)量損失關(guān)系可以看出，干濕循環(huán)過程中，試樣質(zhì)量損失變化最快的階段在循環(huán)3～5次，在循環(huán)7次以后損失變化率逐漸加快。分析認為酸環(huán)境干濕循環(huán)下前一段時間會使試樣表層孔隙內(nèi)介質(zhì)發(fā)生一定程度的脫落，且與酸溶液發(fā)生化學反應。隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加和腐蝕的累積，試樣質(zhì)量及體積逐漸減少，孔隙指數(shù)逐漸增加。在干濕循環(huán)5～7次過程中，質(zhì)量損失變化相對較慢，分析認為試樣表層在初始反應后生成的生成物停留堵塞在擴大不太明顯的孔隙內(nèi)，造成反應物相對缺乏，導致質(zhì)量損失變化速率降低。試樣在pH=3、5、7酸溶液中干濕循環(huán)15次后質(zhì)量損失率分別為4.36%、3.36%、2.42%。

圖 8 不同化學溶液中試樣單軸抗壓強度與劣化度變化Fig. 8 Changes of uniaxial compressive strength and deterioration of specimens in different chemical solutions a. pH=3； b. pH=5； c. pH=7

2.4 循環(huán)作用對試樣強度劣化的影響規(guī)律

圖 8為不同化學溶液中試樣單軸抗壓強度與劣化度變化關(guān)系，累積劣化度Sn定義為試樣經(jīng)過n次干濕循環(huán)后抗壓強度的總下降量所占比例，即：

(2)

式中：σn為干濕循環(huán)n次后泥灰?guī)r單軸抗壓強度；σc為干燥狀態(tài)下泥灰?guī)r單軸抗壓強度。

圖中所示，泥灰?guī)r的單軸抗壓強度變化與干濕循環(huán)次數(shù)呈反比關(guān)系，干燥狀態(tài)和pH=3、5、7酸環(huán)境中干濕循環(huán)15次后，泥灰?guī)r單軸抗壓強度累積劣化度分別為54.31%、48.80%、34.79%。而總劣化度與酸溶液pH值呈正相關(guān)關(guān)系，隨著循環(huán)次數(shù)n從0增加到15，單軸抗壓強度累積劣化度變化呈現(xiàn)快速上升、緩慢發(fā)展、趨于平穩(wěn)的趨勢。分析認為，干濕循環(huán)初期，由于巖樣內(nèi)部被化學溶液充分浸潤，巖石礦物骨架軟化，巖屑、膠結(jié)物溶解、溶蝕效應較明顯，導致巖樣的強度出現(xiàn)較大幅度的降低； 而后，水巖物理、力學作用逐漸減弱，化學作用逐漸占據(jù)主導位置。但隨著酸溶液的不斷反應，孔隙內(nèi)反應物顆粒逐漸變少，導致反應物相對缺乏，化學作用會逐漸趨于平衡。

2.5 損傷分區(qū)

根據(jù)前述，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加及酸溶液的不斷腐蝕，試樣表層孔隙逐漸變大、增多、連通，以圈層式反應由外向內(nèi)逐漸對試樣腐蝕。為進一步分析，本節(jié)將對試驗試樣進行損傷分區(qū)分析。關(guān)于分區(qū)方法本文引用“一種對巖石進行層進式損傷分析的方法(劉杰等，2018)”進行損傷分區(qū)。該方法簡述為，首先對直徑為5cm 的圓柱試樣橫截面劃分為半徑分別為0.5cm、1.0cm、1.5cm、2.0cm、2.5cm 的同心圓(或者半徑差更小)，然后將掃描圓面分成5個部分，由內(nèi)而外分別記為環(huán)1、環(huán)2、環(huán)3、環(huán)4、環(huán)5，分別對應環(huán)的半徑0～0.5cm、0.5～1.0cm、1.0～1.5cm、1.5～2.0cm、2.0～2.5cm 范圍。對橫截面上的每一個圓進行CT 掃描后得到每一個圓內(nèi)的CT 平均值及每一個圓的面積，最后計算得出每一環(huán)平均CT 值，并以此作為該圓環(huán)區(qū)域的損傷依據(jù)。上述文獻應用層進式損傷分析方法對循環(huán)試樣進行了CT掃描分區(qū)分析，找出了試樣彈性模量與CT值的關(guān)系：

En=0.0198CTn-25.224

(3)

式中：En為干濕循環(huán)n次后泥灰?guī)r試樣整體彈性模量值；CTn為干濕循環(huán)n次后泥灰?guī)r試樣CT值。

根據(jù)該關(guān)系，可以由試驗得到的彈性模量值算出試樣每次循環(huán)后的CT值。在pH=3環(huán)境中循環(huán)次數(shù)5次、10次、15次后的CT計算值分別為1507.78、1473.94、1457.27。依次計算pH=5和pH=7環(huán)境下CT值分別為1514.34、1494.65、1464.85及1530.51、1524.95、1482.02。可知，CT值隨循環(huán)次數(shù)和酸強度的增加而減小，該規(guī)律與上述文獻所得主要結(jié)論較吻合。

因此，采用層進式損傷分區(qū)方法對本文所研究的酸環(huán)境干濕循環(huán)試樣進行分區(qū)較適合。圖 9為泥灰?guī)r試樣斷面損傷分區(qū)圖，將試驗試樣橫截面按半徑分別為0.5cm、1.0cm、1.5cm、2.0cm、2.5cm的圈層劃分，由內(nèi)到外圈層分別為1、2、3、4、5。

圖 9 泥灰?guī)r試樣斷面損傷分區(qū)示意Fig. 9 Fracture damage zoning of marl specimen

3 顆粒流數(shù)值模擬對比試驗

3.1 損傷模型建立

PFC3D三軸壓縮數(shù)值模型尺寸與試驗保持一致，建立H=100mm，D=50mm的圓柱形試樣， 在指定的域內(nèi)生成12630個顆粒， 顆粒密度為 2300kg·m-3， 阻尼系數(shù)為0.7， 如圖 10a。

圖 10 泥灰?guī)r試樣顆粒流損傷分區(qū)模型Fig. 10 Damage zoning model of particle flow in marl samples a. 試樣模型； b. 模型斷面； c. 各圈層顆粒黏結(jié)鍵變化

在損傷模型建立過程中，需根據(jù)每種工況下試驗所得宏觀參數(shù)(如C、φ值)與模型模擬所得宏觀參數(shù)相匹配，從而反向標定細觀參數(shù)。為體現(xiàn)試驗試樣的圈層式損傷，對PFC試樣模型進行圈層式顆粒分組，如圖 10b，對分好組的顆粒進行分組賦予細觀參數(shù)值。顆粒與顆?？渴┘拥酿そY(jié)鍵進行膠結(jié)，由內(nèi)向外黏結(jié)鍵的直徑逐漸減小，如圖 10c，當黏結(jié)鍵發(fā)生脫離時，視為斷裂產(chǎn)生裂隙，顆粒也會因黏結(jié)鍵的脫離而由外向內(nèi)逐漸離散脫落主體，顆粒間接觸處的力、力矩和剛度等力學參數(shù)被移除，這與巖石的破裂機制相符，將體現(xiàn)試驗試樣的圈層式損傷劣化。模型調(diào)試中采用“試錯法”調(diào)節(jié)層與層之間參數(shù)的協(xié)調(diào)性，直到整個試樣模型模擬結(jié)果與試驗結(jié)果誤差在可接受范圍內(nèi)為止，否則反復調(diào)節(jié)。

圖 11 泥灰?guī)r試樣C、φ、E隨循環(huán)次數(shù)變化規(guī)律Fig. 11 Variation of marl samples C、φ、E with the number of cycles a. C值變化； b. φ值變化； c. E值變化

3.2 試驗結(jié)果分析

(1)宏觀力學參數(shù)對比。試樣黏聚力C、內(nèi)摩擦角φ、彈性模量E試驗值與模擬值隨干濕循環(huán)次數(shù)變化規(guī)律如圖 11所示。其變化規(guī)律較吻合，C值最大相差2.46MPa，φ值最大相差4.06°，E值最大相差0.98GPa。從擬合曲線變化規(guī)律來看，C、φ、E值均隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加而不斷降低，降低程度隨酸強度的增加而增加，該變化規(guī)律和前文質(zhì)量損失變化規(guī)律基本一致，再次論證了所述劣化規(guī)律。

圖12為試樣在圍壓4MPa的三軸壓縮下峰值強度試驗值與模擬值對比，模型能較好地反映試驗試樣力學特性隨干濕循環(huán)作用的損傷劣化規(guī)律，峰值強度試驗值與模擬值偏差范圍在0.23～1.45MPa之間。試驗與模擬均表明試樣在循環(huán)前5次，pH=3環(huán)境下峰值強度劣化速率最快，劣化度最高。

圖 12 試樣峰值強度試驗值與模擬值對比Fig. 12 Comparison between test value and simulated value of peak strength of sample

(2)不同損傷區(qū)對細觀參數(shù)標定規(guī)律的影響。采用的線性平行黏結(jié)模型中標定的細觀參數(shù)主要有：Pb＿rmul(半徑乘子λ′)、Pb＿kn(法向剛度k′n)、Pb＿ks(切向剛度k′s)、Pb＿ten(抗拉強度σ′t)、Pb＿coh(黏聚力C′)、Pb＿fa(摩擦角φ′)、Pb＿state(黏結(jié)狀態(tài)B′)、Pb＿radius(黏結(jié)半徑R′)，經(jīng)過控制變量法反復調(diào)試后發(fā)現(xiàn)黏聚力C′的取值對宏觀參數(shù)的影響最大，經(jīng)過比對確定了除黏聚力C′的其他細觀參數(shù)的最優(yōu)組合，最后單獨控制黏聚力C′變量進行損傷分析。圖 13為不同干濕循環(huán)次數(shù)下各圈層顆粒間黏聚力C′值標定變化曲線。隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，黏聚力C′標定均值越來越小，干濕循環(huán)5次、10次、15次后分別減小了9.70%、20.53%、42.73%，這一規(guī)律與前文所述圈層式損傷劣化規(guī)律較吻合。

圖 13 不同干濕循環(huán)次數(shù)下各圈層粒間C′值標定變化Fig. 13 Calibration change of inter-grain C′ value of each layer under different dry-wet cycles

圖 14 試樣抗壓強度與黏聚力C′標定關(guān)系Fig. 14 Calibration relationship between compressive strength and cohesion of specimen

圖 15 PFC破壞試樣端面裂紋圈層分布Fig. 15 Distribution of crack ring on the end face of PFC failure specimen

從圖 14可以看出，試樣抗壓強度與黏聚力C′標定值變化成指數(shù)函數(shù)關(guān)系，隨著黏聚力C′標定值的逐漸增大，試樣抗壓強度也隨之增大。從圖 15試樣端面裂紋擴展來看，最外圈層監(jiān)測到的細觀節(jié)理圓盤數(shù)量最多，貫通程度最好，說明顆粒間黏結(jié)鍵的斷裂率最高，產(chǎn)生的裂紋數(shù)量最多。由外向內(nèi)裂紋數(shù)量及貫通程度越來越小，充分體現(xiàn)試樣損傷劣化以圈層式進行。

基于前文分析和實際調(diào)查結(jié)果表明，由于庫水位的周期性變化，消落帶區(qū)域地表水、地下水活躍較強烈，將造成岸坡裂隙發(fā)育的碳酸鹽巖(如灰?guī)r等)潛蝕劣化，坡表溶蝕裂隙、溝槽、孔洞大量發(fā)育(圖 16)，結(jié)構(gòu)面急劇增多。隨著腐蝕及損傷的持續(xù)累積，結(jié)構(gòu)面繼續(xù)貫通并向坡內(nèi)層進擴展，損傷劣化逐漸加深，基座巖體強度將進一步弱化。

圖 16 峽江段消落帶巖體劣化現(xiàn)象(黃波林等， 2019)Fig. 16 Deterioration of rock mass in the fluctuating zone of Xiajiang section(Huang et al.，2019)

4 結(jié) 論

本文采用室內(nèi)試驗及數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，從宏觀和微觀的角度探究了泥灰?guī)r在酸環(huán)境干濕循環(huán)作用下的劣化模式，量化分析了泥灰?guī)r力學性質(zhì)隨酸強度和循環(huán)次數(shù)的變化特征，揭示了其在酸環(huán)境干濕循環(huán)作用下的損傷劣化規(guī)律。主要形成以下結(jié)論：

(1)酸環(huán)境干濕循環(huán)作用下，損傷由外向內(nèi)逐漸對試樣侵蝕發(fā)展。酸環(huán)境中溶液pH值越小，劣化度越大，劣化速率越快，累積劣化度在34.79%～54.31%之間變化，且呈現(xiàn)快速上升、緩慢發(fā)展、趨于平穩(wěn)的變化趨勢，峰值應力劣化范圍為8.79%～35.61%。

(2)泥灰?guī)r試樣受酸溶液和干濕循環(huán)作用的影響，裂紋以層進模式由外向內(nèi)擴展，擴展范圍和擴展速率隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加而增大，充分體現(xiàn)試樣損傷劣化以圈層漸進式進行。

(3)庫區(qū)消落帶巖體受到酸環(huán)境干濕循環(huán)作用后，附近巖體將萌生大量次生裂隙，化學溶液反復沿次生裂隙等缺陷部位滲入巖體內(nèi)部并產(chǎn)生潛蝕作用，隨著循環(huán)次數(shù)的推進及損傷的持續(xù)累積，結(jié)構(gòu)面逐漸貫通并向坡內(nèi)層進擴展，損傷劣化逐漸加深。