受酸腐蚀砂岩力学特性及其统计损伤本构模型

酸性侵蚀环境使得隧道、桥梁、房屋等结构劣化,耐久性和承载性能降低,服役时间缩短,最终导致各种灾害事故发生。为深入探究酸性溶液对岩石力学性能的影响,采用室内长期加速腐蚀试验,对pH=1、3、5的盐酸HCl以及pH=7的蒸馏水(H₂O)腐蚀作用下砂岩的单轴力学劣化特性进行系统研究。基于连续损伤力学和统计理论,借助CT扫描试验分析结果,引入化学-荷载共同作用损伤变量,建立考虑受酸腐蚀砂岩应力-应变曲线压密段的统计损伤本构模型,基于单轴压缩试验结果对模型进行验证。研究结果表明,腐蚀岩样单轴压缩应力-应变曲线的压密段变长,弹性段变短,轴向峰值应力、弹性模量和泊松比减小,轴向、径向峰值点应变增大;腐蚀岩样的裂隙闭合点应变增大、裂隙压缩段变长、裂纹扩展段延长,其脆性特征减弱,柔性特征增强,岩样越来越表现出柔性材料的特征;浸泡溶液pH值越小,浸泡时间越长,岩样损伤软化效应越明显。试验曲线与理论曲线的对比结果表明,所建立的统计损伤本构模型能够较好地反映受酸腐蚀砂岩在荷载作用下的变形特性。研究结果可为受酸腐蚀岩体的稳定性及减防灾分析提供理论基础。