水溶液及冻融侵蚀下龙门石窟灰岩的损伤试验及机理研究

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龙门石窟目前面临着较为严重的渗水侵蚀等地质环境问题。存在于岩体中的渗水溶液对岩石具有力学的、物理的、化学的各方面的侵蚀作用,由于水-岩作用削弱了岩石矿物颗粒间的联结,腐蚀矿物颗粒,使岩石的物理力学性质变差,对龙门石窟岩体的长期稳定性产生威胁。本文针对龙门石窟的渗水病害问题,进行了龙门石窟灰岩在不同水溶液及冻融侵蚀作用下的物理力学实验,分析了龙门石窟岩石在水溶液及冻融侵蚀作用下的损伤破坏特征和机理,为龙门石窟的保护提供理论依据,研究成果将具有重要的实际工程意义。主要研究工作如下:  第一,从龙门石窟区域取回灰岩岩样,制作成l=100mm,?=50mm的标准试件。根据龙门石窟的渗水溶液特征,配置不同性质的水溶液,将试件浸泡在配置的水溶液中。对不同水溶液作用不同时间(自然状态、90d,150d,210d)的灰岩试件进行单轴压缩试验,获得相应的应力-应变曲线及力学参数;同时对不同浸泡时间条件下试件的质量、弹性波速、矿物成分和溶液的pH值、化学成分进行测试,得出了龙门石窟灰岩在不同水溶液水侵蚀作用不同时间下的强度及变形特征和规律,分析了不同水溶液对龙门石窟灰岩的腐蚀机理。  第二,对不同水溶液(蒸馏水,龙门水,0.01mol/L、pH=4的NaCl溶液)中的龙门石窟灰岩冻融循环试验,设定一次冻融温度范围为-10℃~10℃,各12h。对不同周期(0,15,40,65,90次)的龙门石窟灰岩进行单轴压缩试验,获得相应的应力-应变曲线及力学参数;同时对灰岩试件的质量、弹性波速和溶液的pH值等进行测试,得出了龙门石窟灰岩在不同渗水溶液中冻融不同周期后的强度及变形特征和规律,分析了不同水溶液中龙门石窟灰岩的冻融损伤机理。  第三,运用岩土力学方法,对渗水溶液侵蚀试验结果进行分析,建立渗水溶液侵蚀下龙门石窟灰岩的侵蚀损伤方程,揭示渗水作用下龙门石窟灰岩的侵蚀损伤机理及规律。对冻融试验结果进行分析,建立渗水溶液和冻融耦合作用下龙门石窟灰岩的侵蚀损伤方程,揭示龙门石窟灰岩的冻融破坏机理及规律。
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