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冻融循环作用下砂岩卸荷强度特性试验及损伤特性研究
摘要
砂岩是地质工程中一种极为常见的岩石类型，然而砂岩在冻融循环作用下易产生开裂、脱落等损伤现象，从而导致其强度特性的变化。本文以三块标准尺寸砂岩试件为研究对象，开展了冻融循环作用下的卸荷强度特性试验，并利用显微照相技术分别对试件进行了损伤特性分析。结果表明，砂岩的减荷行为呈现出非线性因素的影响，同时砂岩在冻融循环作用下的卸荷强度出现了不同程度的降低。损伤分析也证实了冻融循环作用下砂岩试件产生了不同程度的脱落和开裂现象。这些研究结果对于进一步认识砂岩在冻融循环作用下的力学特性和损伤特性具有一定的参考价值。
关键词：砂岩；冻融循环；卸荷强度；损伤特性
Abstract
Sandstoneisaverycommontypeofrockingeologicalengineering.However,sandstoneissusceptibletocrackinganddetachmentundertheactionoffreeze-thawcycles,leadingtochangesinitsstrengthcharacteristics.Inthispaper,threestandardsizesandstonespecimenswereusedasresearchobjectstocarryoutunloadingstrengthtestsunderfreeze-thawcycles,andthedamagecharacteristicsofthespecimenswereanalyzedusingmicroscopicphotographytechnology.Theresultsshowedthattheunloadingbehaviorofsandstoneshowedtheinfluenceofnonlinearfactors,andtheunloadingstrengthofsandstoneunderfreeze-thawcyclesdecreasedtovaryingdegrees.Thedamageanalysisalsoconfirmedthatthesandstonespecimensproducedvaryingdegreesofdetachmentandcrackingunderfreeze-thawcycles.Theseresearchresultshavecertainreferencevalueforfurtherunderstandingthemechanicalanddamagecharacteristicsofsandstoneunderfreeze-thawcycles.
Keywords:sandstone;freeze-thawcycles;unloadingstrength;damagecharacteristics
1.引言
砂岩是地球表面一种常见的岩石类型，其强度和稳定性在各种土木工程和煤矿工程中都具有重要意义。然而，由于砂岩的成分较为松散，容易受到外界环境的影响，从而导致其具有较高的损伤性。冻融是破坏砂岩的主要因素之一，且在煤矿工程等行业中经常会进行冻结抽采技术等作业，因此必须对砂岩在冻融循环作用下的力学特性和损伤特性进行深入研究。
本文主要以砂岩试件为研究对象，开展了冻融循环作用下砂岩卸荷强度特性的试验，并利用显微照相技术对试件损伤特性进行了分析。研究结果能够为砂岩力学特性和损伤特性的研究提供新的思路和帮助。
2.实验设计
2.1试验对象
本实验选取了三块标准尺寸的砂岩试件作为试验对象，各试件长、宽、高分别为30cm、20cm、15cm，均为直角梯形形状，试件密度为2.56g/cm³。
2.2试验方法
首先对试件进行预应力处理，然后再进行冻融循环作用和卸荷强度测试。冻融循环作用采用模拟煤矿工程场合下的冻结抽采操作，采用快速冷冻（0℃~-40℃），并维持-40℃温度1h，随后采用水浴加热至20℃，并维持20℃温度1h，完成一个循环。重复进行12个循环后，进行卸荷强度测试。卸荷过程中，记录对试件进行10次等分卸荷过程中的应力值，并进行记录。
2.3试验设备
为了实现上述实验方法，本实验选取冻融试验装置、电子卸荷试验机和显微照相设备等设备，并通过软件进行数据记录和处理。其中，显微照相设备主要用于对试件进行损伤特性的分析。
3.结果分析
随着试验进行，试件出现不同程度的开裂和脱落现象。同时，随着卸荷过程的进行，试件的应力值出现逐渐降低的趋势。图1为三个试件在卸荷过程中的应力-应变关系曲线。
[图1]：三个试件在卸荷过程中的应力-应变关系曲线
从图中可以看出，试件的卸荷过程呈现出一个微弱的非线性特性。同时，三个试件在相同条件下的卸荷强