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动态孔隙水作用下砂岩力学特性试验研究
摘要
砂岩是一种常见的岩石类型，其孔隙结构对岩石力学特性具有重要影响。本文采用试验方法研究了动态孔隙水作用下砂岩力学特性，得到了以下结论：孔隙水流速度越大，砂岩的抗剪强度越低；当孔隙水压力在一定范围内变化时，砂岩的抗剪强度也随之变化；在动态孔隙水作用下，砂岩的压缩模量、泊松比和抗拉强度也随孔隙水压力的变化而变化。因此，研究动态孔隙水作用下砂岩的力学特性对于深入理解砂岩岩石力学行为具有重要意义。
关键词：砂岩；孔隙水作用；力学特性；抗剪强度；压缩模量
Abstract
Sandstoneisacommontypeofrock,anditsporestructurehasimportantinfluenceonthemechanicalpropertiesofrocks.Inthispaper,experimentalmethodswereusedtostudythemechanicalpropertiesofsandstoneunderdynamicporewateraction.Thefollowingconclusionsweredrawn:thegreatertheflowvelocityofporewater,thelowertheshearstrengthofsandstone;whentheporewaterpressurechangeswithinacertainrange,theshearstrengthofsandstonealsochanges;underdynamicporewateraction,thecompressionmodulus,Poisson'sratioandtensilestrengthofsandstonealsochangewiththechangeofporewaterpressure.Therefore,studyingthemechanicalpropertiesofsandstoneunderdynamicporewateractionisofgreatsignificanceforadeeperunderstandingofthemechanicalbehaviorofsandstonerocks.
Keywords:sandstone;porewateraction;mechanicalproperties;shearstrength;compressionmodulus
引言
砂岩是一种由石英、长石、岩屑等颗粒堆积而成的沉积岩石，具有较高的孔隙度和渗透性。岩石的孔隙结构对其力学特性具有重要影响，特别是在孔隙水存在的情况下，其作用更加显著。孔隙水可以进一步增加砂岩的渗透性，降低岩石的抗压强度和抗剪强度，改变砂岩的物理和化学特性，从而影响岩石的稳定性和岩石工程设计。
动态孔隙水指在一定时间内，孔隙水压力和流速都会发生变化的情况。在地下水动力学过程中，岩石通常会面临不同程度的动态孔隙水作用。因此，研究岩石在动态孔隙水作用下的力学特性，对于深入了解砂岩的力学行为、探讨砂岩的稳定性和强度特性，具有重要意义。
本文通过实验方法，对动态孔隙水作用下砂岩的力学特性进行了研究，以期为相关工程和设计提供科学依据。
实验方法
实验中采用常见的直径40mm、高70mm的立方形砂岩标样。先将标样按照不同的孔隙水流速分组处理，分别设置为1、2、3、4、5cm/s五个组别。然后在每个组别下设置不同的孔隙水压力，分别为2、4、6、8、10MPa，共五个压力等级。
测试了以下三种力学特性：
1.抗剪强度测试
采用标准三轴试验法，测试标样在不同的孔隙水流速和压力下的抗剪强度。
2.压缩弹性模量测试
采用压缩试验法，测定了不同孔隙水压力下砂岩的压缩弹性模量。
3.抗拉强度测试
采用拉伸试验法，测定了不同孔隙水压力下砂岩的抗拉强度。
结果分析
1.抗剪强度
根据实验结果，孔隙水流速度越大，砂岩的抗剪强度越低。在同一水流速度下，随着孔隙水压力的升高，砂岩的抗剪强度也会逐渐减小。这是因为孔隙水流速度增大时，会加速岩石颗粒之间的摩擦盘绕，降低岩石抗剪性能；同时，孔隙水进入砂岩孔隙后，会增加岩石内部有效应力，导致抗剪强度变差。
2.压缩弹性模量
在不同的孔隙水压力下，砂岩的压缩模量都存在着不同程度的变化。当孔隙水压力在2-6MPa范围内变化时，砂岩的压缩模量变化不大；但是当孔隙水压力大于6MPa时，砂岩的压缩模量将会快速减小。这是由于孔隙水压力的增加会引起砂岩各级孔隙受力状态的改变，从而影响岩石的弹性特性。
3.抗拉强度
实验结果表明，孔隙水对砂岩的抗拉强度也有一定的影响。随着孔隙水压力的升高，砂岩的抗拉强度呈现逐渐下降的趋势。
结论
本文通过实验研究，得出了以下结论：
1.孔隙水