凍融環境下基于聲發射的砂巖各向異性劣化機理分析

劉 兵，鄭 坤，王超林，畢 靖，連帥龍

（貴州大學土木工程學院，貴州 貴陽 550025）

0 引言

據統計，季節性寒區面積在我國國土面積中占比為75%，而在自然界中具有層狀構造的巖石約占陸地面積的三分之二，在中國更是占到77%以上[1]，說明在寒區工程中面臨更多的層狀巖石凍融破壞問題，在凍融環境下，溫度下降使巖石內部孔隙水凍結，體積膨脹，而固體介質遇冷收縮，致使凍脹力的產生，導致巖石內部原生孔隙和裂隙發展，同時產生新的孔隙，并破壞巖石內的膠結物；溫度上升使巖石內部冰融化成水，并在巖石內部滲流遷移，形成裂隙通道并帶走破壞后的膠結物質與顆粒，使巖石孔隙率進一步增大，進而導致巖石的損傷[2]。而對于層狀巖石的層理面更易于發生凍融損傷，這對寒區工程穩定性存在一定的威脅，容易發生工程事故[3]。所以研究層狀巖石受凍融作用后的力學特征，對寒區工程具有一定的指導意義。

層狀巖石是指具有一組占絕對優勢的結構面（層理面或者片理面）的巖體，與普通巖石相比具有一些特殊的特征。一些沉積巖（如砂巖、石灰石和頁巖）和變質巖（如花崗巖、玄武巖和麻粒巖）具有明顯的層理結構，聲發射（acoustic emission，AE）技術可以有效、連續地實時監測脆性材料中細裂紋的產生和擴展，并實現裂紋的定位，已成為巖石變形和破壞的重要監測方法。Jia 等[4]在不同次數的凍融循環后，測試了不同層理砂巖的P 波速度、單軸抗壓強度、拉伸強度和剪切強度。……