多孔岩石冻融水分迁移损伤机制及试验验证

• 作者: 姚直书 曹广勇 程桦 荣传新 蔡海兵 陈汉青
• 来源期刊: 岩石力学与工程学报
• 学科: 工学
• 关键词: 岩石力学 压-吸平衡 转换系数 水分迁移 冻融损伤
• 年，卷（期）: 2020,（9）
• 页码范围: 1739-1749
• 页数: 11页
• 分类号: TU45
• 语种: 中文
• DOI: 10.13722/j.cnki.jrme.2019.1234

摘要

为研究多孔岩石在冻融过程中孔(裂)隙内部水分迁移导致的冻融损伤问题,对薄膜水压-吸平衡状态展开分析,发现液压的主要作用是抵消和平衡净吸力,给出压力变量和吸力变量之间的转换系数λ,认为表面吸附力来自于净吸力和抵消因子λPLy之差.基于毛细理论,推导出孔隙水冻结温度方程,给出冻结大孔薄膜水的受力状态.并针对抗冻性较差的“主干-旁枝型”孔隙结构,建立毛细-薄膜水分迁移单元模型,给出特征孔隙的应力分布、迁移方向和迁移路径.研究结果表明,冻结主干孔内部薄膜水受到的净吸力和液压均最大,净吸力驱使次级孔和微孔中的毛细水和薄膜水向主干孔迁移,而液压的增大导致主干孔启裂扩展以及结构破坏.最后,选取侏罗-白垩系粉砂质软岩为试验对象,开展颗粒分析、扫描电镜和低场核磁共振试验,分析粉砂岩的矿物成分、孔隙结构、以及孔隙分布,并根据冻融过程中T2谱的变化特征验证了毛细-薄膜水分迁移单元模型的正确性.