水分及冻融循环对红砂岩物理力学特性的影响

实　验　力　学

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＬ　ＭＥＣＨＡＮＩＣＳ　　

ｏ．５Ｖｏｌ．２８　Ｎ

Ｏｃｔ．２０１３

（）文章编号：１００１４８８８２０１３０５０６３５０７－－－水分及冻融循环对红砂岩物理力学特性的影响

张慧梅１，杨更社２

（）西安科技大学力学系，陕西西安７西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西西安７１．１００５４；２．１００５４

＊

摘要：将干燥红砂岩进行饱水及开放系统下的冻融循环实验，并对干燥、饱水及经历一定冻融次数后的试样进行单轴压缩实验，系统地研究了红砂岩的遇水软化性及冻融损伤劣化特性，分析强度、应力－应变关系的变化规律。结果表明：在水分的作用下，红砂岩的了岩石的弹性模量、

弹性模量及强度显著降低，且强度受水分影响引起的损伤较弹性模量大；水分及软弱结构面的存在促进了岩石的冻融损伤劣化，并伴随着岩石延脆性性质的改变，最终在冻融循环的作用下在寒区岩体工程设计和施工过程中，必须考虑水分和温度对工程稳定性的影响，采取完全崩解；

加强防排水及隔热保温技术等综合防治措施减少冻融灾害。关键词：岩石；水分；冻融循环；损伤劣化；物理力学特性

：／中图分类号：ＴＵ４５２　　　文献标识码：Ａ　　　ＤＯＩ１０．７５２０１００１４８８８１２１３０－－－０　引言

实际工程中的岩石材料总是处在一定的环境中，经受着不同风化作用的影响，温度和水分的变化是

］１－２

。寒区岩石承受着地下水及季节或昼夜更引起岩石风化的主要因素之一，尤其是循环温度的变化［替的冻融循环作用，当水分渗入岩体内部后，在岩石矿物表面形成浸润、吸附和扩散，导致岩石矿物结构对岩体的力学效应产生影响；在温度的作用下，水的状态在固相－液相间反复转换，水分体积的的变化，

变化导致岩体内部裂隙和孔隙增大或减小，从而改变其应力状态，引起冻胀或融沉，危及岩体工程的稳

］３－４

。因此，定性［研究岩石在饱水状态及冻融循环条件下物理力学性质变化的本质和规律，对于寒区重

大工程建设的设计、施工和安全营运具有重要的理论和现实意义。

［］

目前，国内外学者在岩石低温及冻融特性方面已开展了一定的研究，Ｃ．Ｐａｒｋ等５通过试验研究了［］

韩国典型花岗岩和砂岩低温下岩石的热力学特性；Ｈ．Ｎｉｃｈｏｌｓｏｎ６研究了岩性对岩石冻融损伤劣化的７，８］影响；杨更社等［试验研究了煤矿井筒冻结壁煤岩、砂岩、砂质泥岩３种岩石在不同冻结温度下的抗压９］１０］强度特性；刘泉声等［进行了低温作用下岩石基本力学性质的试验研究；林战举等［对青藏铁路护坡

岩石进行了循环冻融条件下的单轴压缩试验，研究了循环冻融对岩石物理力学特性的影响。

本文在已有研究成果的基础上，将岩石的赋存环境及工程作用力模型统一在室内的模拟实验中，研究了红砂岩的遇水软化性、冻融损伤劣化及变形破坏特性的变化规律。

１　实验概况

１．１　试样制作

实验的红砂岩岩样取自位于陕西省彬县和长武县境内的大佛寺煤矿矿井，所处的地层情况为白垩

；修订日期：２０１２１００９２０１３０３２５＊收稿日期：－－－－）；）；基金项目：国家自然科学基金资助项目（陕西省自然科学基金项目（陕西省教育厅专项基金１１１７２２３２，４１２７２３４０２０１１ＪＭ１００３

）项目（１１ＪＫ０５２５，１１ＪＫ０５４２，女，：通讯作者：张慧梅（博士，教授，从事力学与岩土工程方面的教学与研究工作。Ｅ－ｍ１９６８－）ａｉｌｚｈａｎｈｕｉｍｅｉ６８＠１６３．ｃｏｍｇ

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系下统洛河组，主要成分为石英、细粒结构、孔隙式胶结，胶结成分主要为泥质杂基。将现场取得的新鲜完整大岩块沿垂直于岩石沉积方向用水钻法加工成φ５０ｍｍ×１００ｍｍ的圆柱形标准试样。试样加工精度满足试样两端面不平行度误差不大于０．两端面不平整度误差不大于０．沿试样高度００５ｍｍ，０２ｍｍ；

［１］

。先去除外观有缺陷端面垂直于试件轴线，最大偏差不大于０．方向上直径误差不大于０．３ｍｍ；２５°１

的试件，再采用Ｒ挑选测量值相近的２ＳＭ－ＳＹ５智能声波检测仪测定试件的纵波波速，４块试件作为岩，样，并分为干燥组、饱水组和饱水冻融组共８组（每３块１组）其中饱水冻融组分别对应循环次数５次，１０次，２０次，４０次，６０次，１００次。１．２　实验设备

实验的主要设备有：

（）电子天平秤（）；（）烘箱，（）精度±０．干燥皿，真空抽气设备；１０１２３ＸＭＴ６０５美国快速冻融试验ｇ

（）ＷＤＷ－机；４１００微机控制低温电子万能试验机。１．３　实验步骤（）将选好的岩样放入１恒重标准为２１０５℃烘箱中持续烘干４８小时至恒重，４小时内质量变化不超称取各岩样质量并记录。过０．１％，

（）设定低温电子万能试验机环境箱温度为＋２取３块干燥岩样事先置于环境箱内，使其温度２０℃，

／。进行抗压实验。实验中采用应变控制，速率为０．恒定后，５ｍｍｍｉｎ）将其余干燥岩样强制饱水，，（真空抽气压力值为０．直至无气泡溢出，抽气时间约为６小３１ＭＰａ

时，然后将岩样在水中浸泡２称取饱和后的质量。４小时以上，（）计算得到红砂岩的干密度为１．·ｃ饱和密度为２．饱和含水量为７．４９３ｍ－３，１３ｍ－３，２５％，ｇｇ·ｃ孔隙度为１４．２６％。）取３块饱和岩样事先置于低温电子万能试验机＋２（使其温度恒定后，进行抗压特５０℃环境箱内，性实验。

（）剩余所有饱和岩样均置于冻融试验机中进行开放饱水状态下的冻融循环实验。设置每次冻融６

并将热敏电阻温度传感器置于一标准岩样中心，确保试循环温度变化周期为＋２０℃→－２０℃→＋２０℃，样中心的温度达到设定值，而不是环境温度。按温度控制循环时间，每个循环大约需要６小时。）仔细观察并记录冻融循环岩样的冻融损伤劣化过程，（并对经历设定冻融循环次数后的岩样进７

行质量测定。

（）拟对经历５次，８１０次，２０次，４０次，６０次冻融循环后的岩样进行抗压特性实验。当冻融试验机温度记录器显示＋２迅速取出１组岩样，放入＋２０℃并达到设定的冻融次数时，０℃环境箱内进行抗压实验。

２　实验现象及结果分析

２．１　岩石冻融破坏过程分析实验中发现，由于红砂岩孔隙率较高、密度较低、颗粒较分散，致使水分子极易渗入岩样内部，岩石颗粒间的联系削弱，在第１冻融过程中岩样内部反复０次冻融循环后便在岩样表面出现了游离的颗粒；水冰相变、矿物质不均匀收缩膨胀，使岩石出现局部损伤，游离的颗粒剥落；到第１出现６次冻融循环后，第３岩样表面形成软化层，以片状形态剥落，上表面剥落高度达肉眼可见的细裂纹；０次冻融循环后，但岩样尚能保持完整性；随着冻融过程的进行，细裂纹不断扩展、贯通，至第３出６ｍｍ，６次冻融循环后，现了宏观裂纹，岩样表面酥松；第４试样沿裂纹方向呈块状形态剥落，同时，裂纹沿水平０次冻融循环后，层理面方向扩展显著，水分随着向内部迁移，冻融损伤不断加剧；第７岩样沿层理面剥４次冻融循环后，断口处比较平齐；此后宏观裂纹不断加大，岩样大块剥落，到第７蚀严重并断裂成两部分，９次冻融循环后，岩样轻轻碰触便整体跨塌为砂状。

从实验过程来看，当岩样环境温度下降时，表层温度降低较快，内层温度降低较慢，表面岩层降温收缩，内部岩层温度较高不收缩或收缩滞后，对表面岩石的收缩造成抑制，从而使岩石表层产生拉应力。

第５期张慧梅等：水分及冻融循环对红砂岩物理力学特性的影响

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当拉应力的值超过其许用应力时，岩石表面开裂、酥松、剥落。此外，试样表层部分的含水率高于其平均含水率，也是导致岩石冻融破坏由表及里产生的原因。其冻融损伤劣化模式可以归纳为剥落模式和断）。裂模式（见图１

图１　红砂岩冻融损伤劣化模式

Ｆｉ．１　Ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｏｆｒｅｄｓａｎｄｓｔｏｎｅ　　　　ｇ

ｕｎｄｅｒｆｒｅｅｚｅｔｈａｗｄａｍａｅ　－　ｇ

图２　试件破坏形态

Ｆｉ．２　Ｆａｉｌｕｒｅｏｆｔｈｅｓｅｃｉｍｅｎａｔｔｅｒｎ　　　　ｇｐｐ

２．２　岩石力学特性实验结果及分析

在荷载作用下，岩石试件的破坏形态是表现岩石破坏机理的重要特征。红砂岩岩样单轴压缩时主如图２所示。要呈现压－剪和张裂破坏两种形态，

压－剪破坏时呈现沿剪切面发生相互滑动的运动形式，破坏时有一个贯穿整个岩样的剪切面，或由部分岩样同时存在一定数量的小劈裂面或少量的局部两个相互连接的剪切面共同实现对岩样的贯穿，

剪切破坏面。但这两种破坏都是由于破坏面上的剪应力超过极限值引起的，因而被视为剪切破坏。破坏面与最大主应力方向成一定角度，但其所能承受的最大剪应力也与破坏面上的正压力有关，故又称该类破坏为压－剪破坏。

张裂破坏是试样在轴向压应力的作用下，由泊松效应引起的一种拉断破坏。因为岩石的抗拉强度抗剪切等强度指标小得多，通常是在轴向压应力作用下，由泊松效应引起的横向拉应力超过了比抗压、

岩石的抗拉极限，岩样被拉断。岩样在破坏时，主要出现平行于试件轴向的贯通裂缝。

红砂岩在不同含水状态及经历不同冻融循环次数后的单轴压缩实验结果见表１。

表１　红砂岩单轴压缩实验结果Ｔａｂ．１　Ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｕｎｉａｘｉａｌｃｏｍｒｅｓｓｉｖｅ　　　　ｐ

ｏｆｒｅｄｓａｎｄｓｔｏｎｅｅｘｅｒｉｍｅｎｔ　　　ｐ

含水状态干燥

冻融次数

抗压强度

极限应变（％）０．７８　０．６１　０．６６　０．８２　０．９４　１．１６　１．５０　

弹性模量）Ｅ（ＧＰａ３．４３５２．１９１１．４９０１．３０８１．１０６０．９４６０．２７４

饱水

表２　红砂岩的黏聚力及内摩擦角Ｔａｂ．２　Ｃｏｈｅｓｉｏｎａｎｄｉｎｔｅｒｎａｌ　　ａｎｌｅｏｆｓａｎｄｓｔｏｎｅｆｒｉｃｔｉｏｎ　　　ｇ

含水状态干燥

冻融次数

黏聚力

内摩擦角）°Φ（５７．８０６２．２２６７．１２７０．１９７０．８１７２．３５７３．１９

））σＭＰａｎ（Ｔｉｍｅｓｂ（

０　０　５　

１８．８３　７．９４８　６．４２３　６．２６５　５．６６６　４．８５７　２．１５１　

）Ｃ（）ｎ（ＴｉｍｅｓＭＰａ

０　０　５　１０　２０　４０　６０　

２．７１７　０．９８３　０．６５０　０．５４７　０．４７９　０．３７７　０．１５９　

饱水

１０　２０　４０　６０　

］］同种红砂岩的抗拉特性实验结果，采用文献［的计算方法，得到红１２１３　　根据表１实验数据及文献［

砂岩在不同含水状态及不同冻融次数下的黏聚力和内摩擦角如表２所示。

２．２．１　水分对岩石力学特性的影响

由表１及表２可以看出，岩石在冻融循环实验前，其黏聚力、抗压强度及弹性模量受水分影响程度

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，，较大，遇水软化性较强。干燥状态时，红砂岩的黏聚力为２．抗压强度为１弹性模量７１７ＭＰａ８．８３ＭＰａ；，，为３．达到饱水状态时，红砂岩的黏聚力为０．强度为７．弹性模量为４３５ＧＰａ９８３ＭＰａ９４８ＭＰａ。在水分的作用下，红砂岩黏聚力损失６强度损失５弹性模量损失３其黏２．１９１ＧＰａ３．８％，７．８％，６．２％，

在水分的作用下，红砂岩的聚力及强度受水分影响引起的损伤较弹性模量大。由实验数据还可以看出，

，极限应变亦由０．减少了２而内摩擦角由５增加到６但增加幅度７８％减小到０．６１％，１．８％，７．８０°２．２２°不大，仅为７．６５％。

这主要是由于砂岩为孔隙式胶结结构，充填在砂岩颗粒之间的填屑物主要为泥质杂基，亲水性大，遇水后泥质杂基很容易与水发生反应，产生浸润、吸附和扩散作用，影响砂岩内部的微观结构，使泥质矿物颗粒间连结力减弱，显著表现为黏聚力及强度急剧下降，极限应变及弹性模量降低。同时，砂岩结构的弱化使其内部产生损伤，岩石矿物颗粒间的接触点增多，颗粒间的排列方式发生改变，从而使得岩石崩解现象。内摩擦角增大。实验过程中肉眼可见砂岩样浸水后部分端部发生膨胀、２．２．２　冻融循环对岩石黏聚力及内摩擦角的影响

图３为红砂岩黏聚力和冻融循环次数的关系曲线。由图可见，红砂岩的黏聚力随着冻融循环次数黏聚力降低显著，由０．的增大而减小。从饱水未冻融状态到冻融循环５次后，９８３ＭＰａ减少到，降低了３之后随着冻融循环次数的增加，黏聚力降低幅度变缓，从５次到１０．６５０ＭＰａ３．９％，０次冻融

降低幅度为１从１降低幅度为１从２降循环，５．９％；０次到２０次冻融循环，２．４％；０次到４０次冻融循环，至４岩石损伤再次加剧，从４黏聚力降低幅值低幅度为２１．３％；０次冻融循环后，０次到６０次冻融循环，达５红砂岩的黏聚力由０．７．８％。相对于饱水未冻融状态，６０次冻融循环之后，９８３ＭＰａ减少到，共损失了８０．１５９ＭＰａ３．８２％。

图３　红砂岩黏聚力与冻融次数的关系曲线Ｆｉ．３　Ｒｅｌａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｂｅｔｗｅｅｎｃｏｈｅｓｉｏｎａｎｄ　　　　ｇ

ｆｒｅｅｚｅｔｈａｗｃｃｌｅｓｏｆｒｅｄｓａｎｄｓｔｏｎｅ－　　　　ｙ

图４　红砂岩内摩擦角与冻融次数的关系曲线Ｆｉ．４　Ｒｅｌａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｂｅｔｗｅｅｎｉｎｔｅｒｎａｌｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｌｅ　　　　　ｇｇ

ａｎｄｆｒｅｅｚｅｔｈａｗｃｃｌｅｓｏｆｒｅｄｓａｎｄｓｔｏｎｅ　－　　　　ｙ

岩石内摩擦角随冻融循环次数的　　图４为红砂岩内摩擦角和冻融循环次数的关系曲线。由图可见，

，但幅度不大。开始５次冻融循环，内摩擦角变化幅度比较明显，由６增加到６增增加而增加，２．２２°７．１２°

加了７．之后增加幅度变缓，从４增加幅度仅为１．８９％，０次到６０次冻融循环，１６％。整个冻融循环过程，中，砂岩的内摩擦角从饱水未冻融时的６增加到冻融循环６共增加了１２．２２°０次时的７３．１９°７．６３％。

冻结过程中试样表面与试样中心形成温度梯度，使得试样中心的未冻水向四周表面迁移，同时岩样内部水冰相变膨胀、矿物质不均匀收缩，使岩石内部产生了巨大的冻胀力，岩石晶粒之间错动，微孔隙增温度升高时，岩石内部孔隙裂隙冰融化，出现融沉现象，伴随着冻结应力的释放和水分的反方向迁大；

移，但其内部结构不能完全恢复。随着冻融循环的进行，岩石内部的水分在固液相间反复转变，固体颗粒及其构成的孔隙空间与水分相互作用，改变了岩石的结构构造和冰水比例，这种在空间位置上不等量的冰－水－岩骨架的不断重分配，使岩石结构严重弱化，胶结力减小，黏聚力随冻融次数的增加而降低。由于红砂岩在冻融循环过程中反复冻胀融沉的总体表现为融沉，导致大孔隙所占的比例呈下降趋势，岩石矿物颗粒间具有更多的接触点，使岩石内摩擦角略有增大。２．２．３　冻融循环对岩石变形破坏特性的影响

将红砂岩在各种冻融循环次数下的应力－应变关系曲线绘于图５中，以便直观地反映其变形破坏特性的变化规律。

第５期张慧梅等：水分及冻融循环对红砂岩物理力学特性的影响

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由图５可以看出，红砂岩的应力－应变关系曲线（大致经历了以下４个阶段：随荷载增１）压密变形段：加，岩石内原有的裂隙渐趋闭合，曲线上凹，斜率较小；（）弹性变形段：岩石孔隙被压缩，微裂隙进一步闭合２

并相互滑动，然而晶粒、孔隙和构架仍保持弹性变形，（应力应变呈近似的线性状态；随着荷３）塑性屈服段：载的增加，微裂隙劈裂、扩展，沿主压力方向裂缝发育，并伴随岩石颗粒的滑移，试件体积增加、扩容，岩石单（轴强度达到最大值，曲线下凹；岩石表４）破坏阶段：面产生裂纹并不断扩展，从而导致应力突然释放，形成曲线下凹，斜率为负。了主破裂面，

随着冻融循环次数的增加，红砂岩从开始加载到破坏的４个阶段各有特点：压密段随着冻融次数的增

从饱水未冻融状态时的１．加越来越明显，５‰增长为冻融６０次时的５．８‰。这是因为饱水岩石经历冻融循环之后，由冰的冻胀融缩造成岩石内部损伤不断增大的结果；之后红砂岩进入弹性变形阶段，应力斜率随着冻融次数的增加不断降低，即弹性模量不断减小。从饱水未冻融－应变曲线近乎呈线性增长，

，弹性模量降低显著，由２．降低了３之后随着状态到冻融循环５次后，１９１ＧＰａ减少到１．４９０ＧＰａ２．０％，冻融循环次数的增加，降低幅度变缓，第４弹性模量损失再次加剧，到６０次冻融循环后，０次冻融循环时，减小幅值高达７弹性模量从饱水未冻融状态时的２．１．０４％。整个冻融循环过程中，１９１ＧＰａ减少到，损失了８未经冻融和经历５次冻融循环后，红砂岩的应力－应变曲线呈明显的脆性破０．２７４ＧＰａ７．５％；

随着冻融次数的增加，应力－应变关系逐渐偏离直线，呈现出非线性变形的特性，材料抵抗变形的能坏，

力逐渐减弱，抗压强度不断降低，其冻融效应的规律性与弹性模量相似，但受冻融循环次数影响引起的，损失较弹性模量小，从饱水未冻融状态的７．降低了９４８ＭＰａ降低到冻融循环６０次后的２．１５１ＭＰａ而岩石达到峰值应力时所对应的变形在不断增大，从饱水未冻融状态的６．７２．９％；１‰增加为冻融６０

７］

，次后的１增大了１表明红砂岩的塑性在不断增强［表现为损伤演化率峰值由８５．０‰，４５．９％，４．９降低

［４］

；减少了８破坏阶段时，应力－应变曲线峰后应力降逐渐减慢，说明红砂岩的破坏形式为１４．８，２．６％１

图５　不同冻融次数下红砂岩应力－应变曲线Ｆｉ．５　Ｓｔｒｅｓｓｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｏｆｒｅｄｓａｎｄｓｔｏｎｅｏｎ－　　　　　ｇ

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｅｅｚｅｔｈａｗｃｃｌｅｓ　－　ｙ

由脆性破坏逐渐转化为延性破坏。

冻融过程中内应力循环往复作用导致岩石局部损伤域逐步连通，结构破坏，产生不可逆劣化，物理力学性质随之发生改变，表现为岩石宏观强度及弹性模量的降低、峰值应变的增加。

３　结论

（）水及水溶液对岩石的力学性质有重要影响。由于水分子的侵入，削弱了岩石颗粒间的联系，同１

时岩石孔隙裂隙水会产生孔隙压力，减小了颗粒之间的压应力，甚至使岩石裂隙端部处于受拉状态从而破坏岩石的连接。红砂岩的胶结成分以泥质为主，更容易与水发生反应，使泥质矿物黏聚力急剧下降。因此，在水的作用下强度及弹性模量降低较显著，遇水软化性较强。

（）在冻融循环的作用下，砂岩以颗粒状、片状、块状形态剥落，并沿水平层理面断裂，水分及软弱２

红砂岩应力－应变曲线结构面的存在对冻融损伤劣化有很大的促进作用。随着冻融循环次数的增大，

压密段逐渐增大，弹性减小，但屈服段越来越明显，强度及弹性模量显著降低，峰值应变增大。

（）岩石的冻结和融化过程实际上是其中的水分在循环温度作用下的固液相变及迁移，从而改变３

了冻结岩石的结构构造及物理力学性质。因此，在寒区岩土工程设计和施工过程中，必须考虑水分和温完整有效的防排水体系是设计及施工的关键，同时应采取良度对工程稳定性的影响。为减少冻融灾害，好的保温隔热措施以减少大气与围岩间的热交换。

６４０

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［］，（）：ｆｒｅｅｚｉｎｔｈａｗｉｎｗｅａｔｈｅｒｉｎＪ．ＥａｒｔｈＳｕｒｆａｃｅＰｒｏｃｅｓｓｅｓａｎｄＬａｎｄｆｏｒｍｓ２０００，２５１２１２９５－１３０８．－　　　　ｇｇｇ　

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（）：，Ｘ，，３４５９－４６４（ＹＡＮＧＧｅｎｓｈｅＩＪｉａｍｉＬＩＨｕｉｕｎｅｔａｌ．Ｅｘｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｏｆｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃａｌｒｏｅｒｔｉｅｓ　　　　　　　　ｇｊｐｙｐｐ　［］，ｕｎｄｅｒｔｒｉａｘｉａｌｃｏｍｒｅｓｓｉｖｅａｎｄｆｒｏｚｅｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓＪ．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｉｎｅｅｒｉｎ２０１０，　　　　　　　　　　　ｐｇｇ（）：（））２９３４５９－４６４ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ　

［］（）：８］Ｊ．采矿与安全工程学报，２０１２，２９４４９２　杨更社，吕晓涛．富水基岩井筒冻结壁砂质泥岩力学特性试验研究［

，－４９６（ｒｏｅｒｔｉｅｓＹＡＮＧＧｅｎｓｈｅＬＶ　Ｘｉａｏｔａｏ．Ｅｘｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｏｎｔｈｅｓａｎｄｍｕｄｓｔｏｎｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｏｆｓｈａｆｔ　　　　　　　　ｐｐｇｐｙｙ　　］，：ｕｎｄｅｒｔｈｅｆｒｏｚｅｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｉｎｉｎ＆ＳａｆｅｔＥｎｉｎｅｅｒｉｎ２０１２，２９（４）４９２－４９６（ｉｎｓｉｄｅｗａｌｌｓ　　　　　　ｇｙｇｇ　　））Ｃｈｉｎｅｓｅ

］［９］ＩＵ　ＱＳ，ＸＵ　Ｇ　Ｍ，ＨＵ　Ｙ　Ｈ．Ｓｔｕｄｏｎｂａｓｉｃｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｕｒｏｆｒｏｃｋｓａｔｌｏｗｔｅｍｅｒａｔｕｒｅ［Ｊ．Ｋｅ　Ｌ　　　　　　　　　ｙｐｙ　

，：ＥｎｉｎｅｅｒｉｎＭａｔｅｒｉａｌｓ２００６，３０６３０８１４７９－１４８４．－ｇｇ　

［］］：１０Ｊ．岩土力学，２０１１，３２（５）　林战举，牛富俊，刘华等．循环冻融对冻土路基护坡块石物理力学特性的影响［

，Ｎ，Ｌ，ｅ１３６９－１３７６（ＬＩＮＺｈａｎｕＩＵＦｕｕｎＩＵ　Ｈｕａｔａｌ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｆｒｅｅｚｉｎｔｈａｗｉｎｃｃｌｅｓｏｎｈｓｉｃｏ　　　　　－　　－ｊｊｇｇｙｐｙ　］，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｏｆｒｏｃｋｓｏｆｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｒｅｖｅｔｍｅｎｔｓｉｎｒｅｉｏｎｓ［Ｊ．ＲｏｃｋａｎｄＳｏｉｌＭｅｃｈａｎｉｃｓｒｏｅｒｔｉｅｓｅｒｍａｆｒｏｓｔ　　　　　　　　　　　　ｇｐｐｐ（）：（））２０１１，３２５１３６９－１３７６ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ　

［］］１１ＳＲＭ．Ｓｕｅｓｔｅｄｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｔｈｏｆｒｏｃｋｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋ　Ｉ　　　　　　　　　　ｇｇｇｇ　

，（）：ＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＭｉｎｉｎＳｃｉｅｎｃｅｓａｎｄＧｅｏｍｅｃｈａｎｉｃｓＡｂｓｔｒａｃｔｓ１９７８，１５３９９－１０３．　　　　　ｇ　

［］］：１２Ｊ．西安科技大学学报，２０１２，３２（６）６９１－６９５（ＺＨＡＮＧ　张慧梅，杨更社．岩石冻融循环及抗拉特性试验研究［

，ＹＡＮＧ［］ＨｕｉｍｅｉＧｅｎｓｈｅ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｒｏｃｋｆｒｅｅｚｅｔｈａｗｃｃｌｅａｎｄａｎｔｉｔｅｎｓｉｌｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｔｅｓｔＪ．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ　　　　－　　　－　　　ｇｙ’，（）：（））ＸｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏ２０１２，３２６６９１－６９５ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ　　　　　ｙｇｙ　

［］］：１３Ｊ．采矿技术，２００９，３５（４）４２－４４（ＨＵ　胡静云，徐宏斌，唐海燕．非标准岩样岩石力学参数试验研究［

，，ＴＡＮＧ　ＪｉｎｕｎＸＵ　ＨｏｎｂｉｎＨａｉａｎ．Ｅｘｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｏｆｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｎｏｎｓｔａｎｄａｒｄｒｏｃｋ　　　　　　－　ｇｙｇｙｐｙｐ　］，（）：（））ｓａｍｌｅｓ［Ｊ．ＭｉｎｉｎＴｅｃｈｎｏｌｏ２００９，３５４４２－４４ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ　ｐｇｇｙ　

［］］：１４Ｊ．岩石力学与工程学报，２０１０，２９（３）４７１－　张慧梅，杨更社．冻融与荷载耦合作用下岩石损伤模型的研究［

，ＹＡＮＧ４７６（ＺＨＡＮＧ　ＨｕｉｍｅｉＧｅｎｓｈｅ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｄａｍａｅｍｏｄｅｌｏｆｒｏｃｋｕｎｄｅｒｃｏｕｌｉｎａｃｔｉｏｎｏｆｆｒｅｅｚｅｔｈａｗ　　　　　　　　　　－ｇｇｐｇ　］，（）：（））ａｎｄｌｏａｄ［Ｊ．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｉｎｅｅｒｉｎ２０１０，２９３４７１－４７６ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ　　　　　　　　ｇｇ

第５期张慧梅等：水分及冻融循环对红砂岩物理力学特性的影响

６４１

ＯｎｔｈｅＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＭｏｉｓｔｕｒｅａｎｄＦｒｅｅｚｅＴｈａｗＣｃｌｅ　　　　　　－　ｙ

ｏｎＰｈｓｉｃａｌａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｅｒｔｉｅｓｏｆＲｅｄＳａｎｄｓｔｏｎｅ　　　　　　　ｙｐ

１２

，ＺＨＡＮＧ　ＨｕｉｅｉＹＡＮＧＧｅｎｓｈｅ－ｍ　　－ｇ

（，’，’；１．ＤｅａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃｓＸｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏＸｉａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ７１００５４，Ｃｈｉｎａ　　　　　　　ｐｙｇｙ　

，’，’）２．ＣｏｌｌｅｅｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎＸｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏＸｉａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ７１００５４，Ｃｈｉｎａ　　　　　　　　　　ｇｇｇｙｇｙ　

：ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｗａｔｅｒｓａｔｕｒａｔｅｄａｎｄｆｒｅｅｚｅｔｈａｗｃｃｌｅｅｘｅｒｉｍｅｎｔｓｉｎａｎｏｅｎｓｓｔｅｍ　ｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　－　　－　　　　　　　ｙｐｐｙ

，ｗｆｏｒｄｒｉｅｄｒｅｄｓａｎｄｓｔｏｎｅ．Ｔｈｅｎｕｎｉａｘｉａｌｃｏｍｒｅｓｓｉｏｎｅｘｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｆｏｒｄｒａｔｅｒ　　　　　　　　　　　－ｐｐｙ，ｓａｔｕｒａｔｅｄｓａｍｌｅｓａｎｄｓａｍｌｅｓｅｘｅｒｉｅｎｃｅｄｃｅｒｔａｉｎｎｕｍｂｅｒｏｆｆｒｅｅｚｅｔｈａｗｃｃｌｅｓｒｅｓｅｃｔｉｖｅｌ．Ｗａｔｅｒ　　　　　　　　－　ｐｐｐｙｐｙａｎｄａｍａｅｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｕｅｏｒｅｅｚｅｔｈａｗｆｅｄａｎｄｓｔｏｎｅｅｒｅｓｏｆｔｅｎｉｎ　ｄ　ｄ　ｃ　ｄ　ｔ　ｆ－　ｏ　ｒ　ｓ　ｗｇｇ　

，，ｓｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｓｔｕｄｉｅｄｉｔｓｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓｓｔｒｅｎｔｈａｎｄｓｔｒｅｓｓｓｔｒａｉｎｒｅｌａｔｉｏｎｗｅｒｅａｎａｌｚｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ　　　　－　　　ｙｙｇｙ　ｓｈｏｗｔｈａｔｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｓｔｒｅｎｔｈｏｆｒｅｄｓａｎｄｓｔｏｎｅｓｉｎｉｆｉｃａｎｔｌｄｅｃｒｅａｓｅｄｄｕｅｔｏｔｈｅｅｘｉｓｔｅｎｃｅｏｆ　　　　　　　　　　　　　　ｇｇｙ　，ｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｗａｔｅｒｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｓｔｒｅｎｔｈｉｓｍｏｒｅｏｂｖｉｏｕｓｔｈａｎｔｈａｔｏｎｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓ．Ｔｈｅｍｏｉｓｔｕｒｅ　　　　　　　　　　　　　ｇｒｅｓｅｎｃｅｏｆｍｏｉｓｔｕｒｅａｎｄｗｅａｋｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｂｏｏｓｔｓｆｒｅｅｚｅｔｈａｗｄａｍａｅｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎｏｆｒｏｃｋ，ａｎｄｌａｎｅ　　　　　　　　－　　　　ｐｇｐ

，ａｃｃｏｍａｎｉｅｄｂｔｈｅｃｈａｎｅｏｆｒｏｃｋｂｒｉｔｔｌｅｎａｔｕｒｅｆｉｎａｌｌｔｈｅｒｏｃｋｉｓｃｏｍｌｅｔｅｌｄｉｓｉｎｔｅｒａｔｅｄｄｕｅｔｏ　　　　　　　　　　　ｐｙｇｙｐｙｇ　　　ｆｒｅｅｚｅｔｈａｗｃｃｌｅ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｍｏｉｓｔｕｒｅａｎｄｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｏｎｅｎｉｎｅｅｒｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｍｕｓｔｂｅ－　　　　　　　　　ｙｐｇｇｙ　　

，ａｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｄｕｒｉｎｒｏｃｋｅｎｉｎｅｅｒｉｎｄｅｓｉｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｎｃｏｌｄａｒｅａｓｎｄｃｏｍｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　　　　　　　　ｇｇｇｇｐ　　，，ｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｍｅａｓｕｒｅｓｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｆｒｅｅｚｅｔｈａｗｄｉｓａｓｔｅｒｓｕｃｈａｓｅｎｈａｎｃｉｎｗａｔｅｒｒｏｏｆ　　　　　　　－　　　ｐｇｐ　

，ｄｒａｉｎａｅａｎｄａｌｉｎｈｅａｔｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｓｈｏｕｌｄｂｅａｌｉｅｄ．　　　　　　ｇｐｐｙｇｇｙｐｐ　：；；；Ｋｅｗｏｒｄｓｒｏｃｋ；ｍｏｉｓｔｕｒｅｆｒｅｅｚｅｔｈａｗｃｃｌｅｄａｍａｅｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｈｓｉｃａｌ－　　　　　－ｙｇｐｙｙｔｅｒｉｓｔｉｃｓ