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考虑含水率影响的红砂岩损伤统计模型1 胡昕，洪宝宁，朱珍德 河海大学岩土工程研究所，江苏南京 (210098) E-mail：moyuan@126.com 摘 要：通过不同含水率条件下红砂岩的单轴压缩试验，详细分析含水率变化对强度和变形 特性的影响，研究结果表明：含水率小于 3% ，红砂岩有较高的强度；含水率大于 3% ，红 砂岩的强度明显降低；但含水率超过6%后，强度衰减趋势显著变缓。含水率与弹性模量及 峰值强度之间呈指数函数变化，而峰值强度对应的应变随含水率变化呈线性函数变化。为了 描述红砂岩随含水率不同，所反映出来的力学特性，本文运用损伤统计理论和 Lemaitre 应 变等价性假说，推导出能反映含水率影响的红砂岩损伤统计模型。 关键词：红砂岩；含水率；损伤统计；应变等价假说；损伤变量 中图分类号：TU411.92 1. 引 言 膨胀性红砂岩岩是一种组分复杂、结构多变且力学性质特殊的岩石材料，其力学性质对 外界环境的依赖很大。当外界环境受到扰动时，特别是含水率发生变化时，其物理化学性质 往往发生显著变化，引起强度和变形急剧变化，严重影响着工程的稳定性。从目前的研究情 况来看，国内外学者已对膨胀岩的湿化特性、膨胀变形特性及吸水崩解机理等问题进行了一 系列的研究，并取得了一些有益的结论。Einstein H[1]研究了膨胀岩膨胀变形特性的试验方法； [2] [3] 张玉军 研究了膨胀岩的膨胀变形特性与矿物成分及压力之间的关系；汤连生 在常温常压、 不同循环流速条件下，对不同的水化学溶液作用下的花岗岩、红砂岩和灰岩进行单轴抗压强 [4] [5] [6-10] 度试验，并研究了水-岩化学作用对岩石的宏观力学效应；陈勇 、范大林 、朱珍德 及 何山[11]等探讨了膨胀红砂岩膨胀力与吸水率的相关性，研究了膨胀红砂岩膨胀力与膨胀变 形的规律，并对不同风化程度的膨胀红砂岩湿化过程进行了观察；孙小明[12] 认为软岩具有 强膨胀性的最本质原因在于含有大量的强亲水性粘土矿物（如蒙脱石和伊/蒙混层矿物等）， 结合其它理化、力学指标提出了新的强膨胀性软岩的分级标准；苏永华[13-14]研究了软岩崩解 [15] [16] 物颗粒的分布特征；周翠英 探讨了软岩吸水软化的微观机制；刘晓丽 在试验基础上对 膨胀岩一维膨胀本构关系Huder Amberg 模型进行了修正，并建立了含时间效应的膨胀岩膨 胀本构关系；王军[17]在不同含水量状态下红砂岩直剪试验的基础上，对膨胀砂岩的抗剪强 度与含水量的关系进行了研究等等。本文在前人工作的基础上针对南京红山窑水利枢纽工程 中膨胀性红砂岩，采用RMT - 150B 多功能刚性岩石伺服试验机，对不同含水量状态下的试 样进行了室内单轴压缩试验，得到了对应的应力-应变曲线、峰值强度和峰值强度对应的应 变,结合损伤统计理论和Lemaitre 应变等价性假说建立了能够考虑含水率影响的红砂岩损伤 统计模型。 2. 岩样和试验方法 试验制样所用岩石取自红山窑水利枢纽基岩部分，其蒙脱石含量达15%～25% ，初步判 定为一般膨胀岩，具有特殊的力学特性。采用机械和手工台的办法加工成型，加工时避免着 水。制成圆柱体形φ70mm×140mm，用于进行单轴抗压试验。为研究不同含水率下红砂岩的 变形和度演化特性，及满足模型中考虑含水率影响的需要，将试样分别配置为干燥、3 ％、6 1本课题得到国家自然科学基金项目（No，No）的资助。 -1- ％