岩土冻融损伤机制研究.pdfVIP

冻融花岗岩细观损伤演化的核磁

岩石的风化作用过程包括风化和化学风化2个方面，而对于寒区岩体工程而言，冻融

循环效应对于岩石的损伤就是一个不容忽视的问题。对于冻融岩石的研究主要包括力

学参数变化特性、损伤劣化机理及细观孔隙损伤特征等，对十余种含有原生裂隙的沉积岩进

行冻融循环试验，分析了原生裂隙对岩石冻融破坏的影响，并将其归类成4种冻融劣化模

式；对十余种含有原生裂隙的沉积岩进行冻融循环试验，分析了原生裂隙对岩石冻融破坏的

影响，并将其归类成4种冻融劣化模式；但对于岩石在冻融作用下细观损伤扩展的研究相

对较少，特别是在对岩石微孔隙损伤演化的测试研究方面，多以CT扫描技术、电镜扫描法、

声、高速摄影等传统为主，而这些方法均存在不足，如电镜扫描法要求试样体积很

小，只能实时观测；声检测的频率等指标很难与岩石裂纹参数形成定量关系；CT

扫描技术则难以反映细观结构的特点。核磁技术(NMR)作为研究岩石细观结构的新型检

测方式，通过核磁弛豫来获取岩石孔隙分布及孔隙结构特征、渗透率、流体含量等信息，具有

无损、反复和快速等优点，核磁成像可清晰直观地表现岩石孔隙损伤的发展，目前

NMR技术在岩土工程领域已经得到了初步应用，在岩石无损检测、孔隙渗流、微观结构探

测等方面表现出了独特的优势。得到了岩石在冻融作用下的细观损伤演化规律。

1.3试验方案设计

试样为花岗岩，取自黑龙江省某矿山，按《水利水电工程岩石试验规程》(SL264−2001)中相

关规定制作完成。参照取样地的气候条件，在−40℃的温度下冻结4h，然后在20℃的

水中融解4h，即每个冻融循环周期为8h。试验步骤为：(1)将试样分成5组Z1~Z5，

每组3块，分别对各组试样进行编号，编号为N-1~N-15；(2)测量试样的质量、尺寸，并观

察其外观，如实记录；(3)第1轮冻融试验对5组试样分别进行0，10，20，30和40次

冻融循环；(4)去除试样称质量并观察试样外观变化，记录；(5)对试样进行核磁检测；

(6)对完整试样进行第2轮冻融循环，均为20次，随后进行第(4)和(5)步，并重复至第4

轮；(7)结束试验。

4结论

(1)冻融循环作用下，试样受到2种劣化模式的相互作用，微孔隙不断损伤扩展，甚至

在一定冻融数后试样表面出现明显裂纹。岩石内孔隙的增加也加强了水的迁移，使得试

样的质量增加。(2)核磁检测到试样的弛豫T2分布由3个峰组成，随着冻融循环

数的增加，波峰信号强度均呈现出增长的趋势。试样在50次冻融后表面出现了宏观

裂纹，与其在50次后T2谱第3波峰的大幅度提高相印证，说明核磁的检测结

果与实际情况相符。(3)随着冻融循环试验的进行，岩石孔隙逐渐增多，孔隙尺寸

增大；岩石在冻融过程中孔隙度的增长幅度与试样初始孔隙度成正比。岩石分区域

由于原始孔隙集中，在冻融循环达到一定次数可能贯通并出露试样表面形成宏观裂

纹。(4)通过分析岩石孔隙尺寸结构和孔隙的分布情况，可定性判断冻融循环试验

对岩石的冻融效果。分析表明孔隙结构合理且分布较为均匀的岩体更容易受到环境温度

变化的影响。

利用CT