大壩溝門(mén)水庫(kù)區(qū)巖石軟化性能試驗(yàn)研究

摘要：通過(guò)采用巖樣干燥和飽和狀態(tài)下的物理力學(xué)性能試驗(yàn)，對(duì)大壩溝門(mén)水庫(kù)區(qū)代表性巖樣的軟化性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，隨著含水率的增加，巖石單軸抗壓強(qiáng)度下降，水對(duì)庫(kù)區(qū)巖石的軟化作用具有普遍性。

關(guān)鍵詞：大壩溝門(mén)水庫(kù)；巖石；軟化性能

1、 概述

巖石軟化系數(shù)是工程巖體以及巖塊質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一。按照水利電力部2001年頒布的《水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》，巖石材料的軟化系數(shù)為飽和狀態(tài)下單軸抗壓強(qiáng)度平均值與干燥狀態(tài)下單軸抗壓強(qiáng)度平均值的比值。

2、試驗(yàn)方案

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)以獲取庫(kù)區(qū)巖石的物理力學(xué)參數(shù)，對(duì)干燥、飽和下的試樣進(jìn)行分組試驗(yàn)，以得到巖石的軟化系數(shù)。

2.1試件制作

根據(jù)《水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》（SL264-2001）將現(xiàn)場(chǎng)采取的巖樣制備成圓柱體試件，每種巖石制備3組，分別進(jìn)行干燥和飽和狀態(tài)下的巖石單軸壓縮試驗(yàn)。

2.2巖石力學(xué)性能試驗(yàn)

通過(guò)單軸壓縮變形試驗(yàn)，研究單軸壓縮條件下巖石的力學(xué)性能，包括抗壓強(qiáng)度、變形特性及其相關(guān)參數(shù)，并通過(guò)比較不同狀態(tài)下巖石的強(qiáng)度獲得巖石的軟化系數(shù)。

3、試驗(yàn)方法

嚴(yán)格按照《水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》（SL264-2001）的要求，制備合理的試件，進(jìn)行試驗(yàn)。單軸壓縮試驗(yàn)在WEW-1000D試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試驗(yàn)前對(duì)試件進(jìn)行描述，主要包括：（1）巖石名稱(chēng)、顏色、主要礦物成分、顆粒大小及結(jié)構(gòu)特征（如節(jié)理、裂隙發(fā)育情況及充填膠結(jié)情況、風(fēng)化程度等）可能影響試驗(yàn)結(jié)果的因素；受力方向與層理、片理、節(jié)理、裂隙方向的關(guān)系，記錄試樣缺陷。試驗(yàn)過(guò)程中密切監(jiān)視試驗(yàn)曲線(xiàn)。

4、試驗(yàn)取樣時(shí)注意事項(xiàng)

在軟化系數(shù)試驗(yàn)取樣時(shí)應(yīng)注意：①確保巖樣的數(shù)量能夠進(jìn)行干燥、飽和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)；②巖樣的選取應(yīng)盡可能滿(mǎn)足巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征近于一致的要求；③在試件完成烘干的冷卻步驟中，將試件留放在烘箱中緩慢冷卻至室溫，以降低溫度驟降時(shí)可能出現(xiàn)的較大的溫度應(yīng)力，從而減少原有裂隙的發(fā)展和新的微結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)生，以此達(dá)到減小溫度對(duì)巖石強(qiáng)度的影響的目的。

5、試驗(yàn)結(jié)果及分析

圖示為斷裂前巖樣的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn)。

根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn)，可以看出，巖石屬于塑性-彈性-塑性變形。應(yīng)力峰值前期變形分為3個(gè)階段，即壓密階段、彈性變形階段、和向塑性變形過(guò)渡階段直到破壞階段。在壓密階段，隨著軸向應(yīng)力的增加，軸向應(yīng)變也增加，曲線(xiàn)呈上凹形狀，其原因是巖石試件中的微裂隙或節(jié)理面被壓密實(shí)，總體上試件體積變小；在彈性變形階段，隨著巖石中的微裂隙和節(jié)理面受壓閉合，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系呈近似于線(xiàn)彈性性質(zhì)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)彈性段的長(zhǎng)度標(biāo)志了各巖樣中的裂隙程度以及節(jié)理面的寬度不同而引起的閉合程度上的差異；在向塑性

變形過(guò)渡直到破壞階段，巖石試件隨著軸向壓力的繼續(xù)增加內(nèi)部產(chǎn)生微裂隙，荷載繼續(xù)增加致使裂隙擴(kuò)展并最終匯合貫通最終使巖石破裂，應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)下降。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水對(duì)巖石強(qiáng)度有明顯的影響，不同含水率下巖石的單軸抗壓強(qiáng)度不同，含水率越高，強(qiáng)度越低，反之亦然，體現(xiàn)了軟化系數(shù)（飽和抗壓強(qiáng)度和干燥抗壓強(qiáng)度比值）的普遍性。

6、結(jié)論

（1）巖石在應(yīng)力峰值前可以劃分為3個(gè)變形階段：壓密階段、彈性變形階段、向塑性變形過(guò)渡直到破壞階段。

（2）含水率對(duì)巖石單軸抗壓強(qiáng)度的影響是顯著的，巖石吸水后有明顯的軟化現(xiàn)象。表現(xiàn)在，含水率越高，強(qiáng)度就越低。

（3）進(jìn)行了軟化系數(shù)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)的收集整理，發(fā)現(xiàn)水對(duì)巖石的軟化作用具有普遍性。

[作者簡(jiǎn)介]孟慧娟，2008年7月畢業(yè)于天津大學(xué)，工學(xué)碩士，工程師，主要從事巖土工程。