鄭宏利

中鐵十六局集團(tuán)有限公司，北京 100000

巖石作為一種天然的、非均質(zhì)的工程地質(zhì)材料，其內(nèi)部存在的諸如孔洞、裂隙、節(jié)理等缺陷，這些缺陷在公路隧道的施工過(guò)程中將嚴(yán)重影響著隧道圍巖的穩(wěn)定［1］。而含缺陷巖石的力學(xué)特性，作為影響公路隧道圍巖穩(wěn)定性重要因素之一，對(duì)其的研究便顯得頗為重要。目前關(guān)于裂隙巖石和飽水巖石強(qiáng)度特征研究的較多［2-3］，但對(duì)于飽水風(fēng)干處理后含缺陷巖石的強(qiáng)度特征研究卻鮮有報(bào)道?；诖?，本文通過(guò)對(duì)飽水風(fēng)干作用后含孔洞-裂隙缺陷巖石試樣進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，探討裂隙形式對(duì)巖石強(qiáng)度影響特征。

1 試驗(yàn)方案

花崗巖材料取自河南伏牛山特長(zhǎng)公路隧道施工現(xiàn)場(chǎng)，表面無(wú)肉眼可見(jiàn)缺陷，平均容重為26.90kN/m3。試樣按要求被加工成含預(yù)制孔洞-裂隙（孔洞直徑d=12mm，裂隙長(zhǎng)度l=15mm）組合缺陷的寬（W）、高（H）、厚（T）分別為70mm、140mm和30mm 的長(zhǎng)方體板狀試樣，預(yù)制孔洞-裂隙由求用高壓水射流切割機(jī)而制，裂隙下尖端與孔洞上孔壁重合，裂隙傾角β 表示裂隙走向與水平方向的夾角。試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)設(shè)置六種不同的裂隙傾角值，分別為β 等于15°,30°,45°,60°,75°和90°，來(lái)研究裂隙形式對(duì)巖石強(qiáng)度和聲發(fā)射的影響特征。含缺陷板狀試樣加工完成后，將試樣放置在pH=6.0 弱鹽酸溶液中浸泡20d 制成飽水試樣，然后在自然狀態(tài)下風(fēng)干7d。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采用YNS-2000 型電液伺服控制試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)飽水風(fēng)干作用后含缺陷花崗巖板狀試樣進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)試，采用位移控制的方式，并控制速率為0.01mm/min。

2 強(qiáng)度參數(shù)變化特征

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，得出對(duì)含不同裂隙傾角花崗巖板狀試樣在飽水風(fēng)干作用后的強(qiáng)度特征如圖1 所示，可以看出：相比于完整試樣，含不同裂隙傾角的巖石試樣的峰值強(qiáng)度和彈性模量均有不同程度減小，其峰值強(qiáng)度減小值約32.37%～41.44%，彈性模量減小值約3.45%～3.69%。

圖1 峰值強(qiáng)度和彈性模量變化特征

試樣的峰值強(qiáng)度以及彈性模量均隨著β 的變化而發(fā)生變化，并在β 增大時(shí)出現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢(shì)，且在β 取45°時(shí)達(dá)到最小值。當(dāng)β 由15°增加至45°，峰值強(qiáng)度σc由73.20減小至66.86MPa，減小了8.66%；彈性模量Eav由7.69減小至7.60GPa，減小了1.24%。當(dāng)β=90°，σc 和Eav 分別為84.53MPa 和7.71GPa，與β=45°相比分別增大了5.25%和26.43%。

圖2 自然狀態(tài)與飽水風(fēng)干試樣峰值強(qiáng)度對(duì)比特征

為了揭示飽水風(fēng)干作用后花崗巖強(qiáng)度參數(shù)劣化特征，對(duì)自然狀態(tài)下含缺陷巖石試樣進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)。圖2 匯總了自然狀態(tài)和飽水風(fēng)干后含缺陷巖石試樣峰值強(qiáng)度對(duì)比情況?？梢钥闯?，與自然狀態(tài)下裂隙巖石試樣峰值強(qiáng)度相比，飽水風(fēng)干后巖石峰值強(qiáng)度出現(xiàn)明顯劣化，劣化幅度在22.97%～31.38%之間。

3 結(jié)論

本文通過(guò)單軸壓縮試驗(yàn)，對(duì)含不同裂隙傾角花崗巖板狀試樣在飽水風(fēng)干作用后的強(qiáng)度特征進(jìn)行了研究，并經(jīng)過(guò)分析得出以下結(jié)論：試樣的彈性模量以及峰值強(qiáng)度均隨著裂隙傾角的增加而變化，呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)，并于45°時(shí)達(dá)到最小值。