[00131903]化学腐蚀环境下岩土材料的损伤演化机理与本构关系研究

随着世界人口的急剧增长、工业化的迅速发展以及自然资源的大量消耗,人类的生存环境日益恶化,各种环境污染已经成为全球性的问题。对于大多数岩土工程来说,由于其直接与溶有腐蚀性介质的环境接触,这些环境腐蚀性介质通过与岩土材料发生物理-化学相互作用,导致岩土材料性能的逐步劣化甚至失效破坏,并最终影响岩土工程结构的安全性和耐久性。因此,分析化学腐蚀环境下岩土材料的损伤演化机理与本构关系,合理地进行环境岩土工程的安全性以及耐久性设计,已成为环境岩土工程所面临的一项重要课题之一,已引起国内外众多学者的广泛关注。作为国内早期开展岩石化学腐蚀方面的学者之一,通过十几年的研究,本项目组主要取得如下几个方面的创新性成果： 一、化学腐蚀下岩土材料的损伤演化机理 2000年开始,项目组开展了化学腐蚀环境下岩土材料（主要岩石,水泥土和混凝土）力学特性的试验研究,项目组主要采取了典型的侵蚀性化学溶液（如CaCl2、Na2SO4、NaCl等）、不同的pH值（2、4、7、10、12等）以及不同的离子浓度（如0.01、0.05、0.1mol/L等）,使岩土材料处于不同化学环境的侵蚀作用,利用CT、SEM（扫描电镜）以及能谱分析,进行了详细的观测与研究,获取了侵蚀前后岩土材料的物理、化学性质及结构特征等信息,揭示了在化学腐蚀环境下岩土材料的侵蚀损伤破坏机理与损伤演化特征,分析了岩土材料在化学腐蚀环境下内在的损伤演化过程。 二、化学腐蚀下岩土材料的试验研究 针对上述化学腐蚀作用后的岩土材料,开展了一系列固结压缩试验、无侧限抗压强度试验、剪切试验,三轴压缩试验以及单轴压缩细观力学等试验,获得了相应的力学参数以及变形破坏过程和图像,得到了岩土材料的破坏规律、破坏模式和破坏特征。 三、化学腐蚀下岩土材料的损伤变量、本构关系以及强度破坏准则 根据试验结果和损伤机理分析,得到了化学腐蚀因素,如化学溶液、离子浓度、pH值以及腐蚀时间等因素对岩土材料力学参数的影响规律,针对不同性质岩石和水泥土等材料的结构特点、破坏特征和不同化学溶液腐蚀,一是推出了一个新的基于化学溶液密度的岩石、水泥土等材料的损伤变量,并建立了损伤力学模型;二是利用CT扫描试验结果,推出一个新的基于CT数的岩石化学损伤演化变量,建立了基于CT数的岩石应力应变损伤演化模型;三是提出了新的三参数双τ2强度理论、双T2强度理论以及应变能断裂准则等理论,并成功应用于岩石、混凝土等材料力学的分析中。 本项目的开展期间,曾获辽宁省教育厅基金2项资助,即“应力和环境侵蚀耦合作用下岩石的力学特性与本构模型研究（20060612）”和“基于化学溶液与渗透压力耦合环境下水泥土损伤演化机理研究（L2010393）”以及中科院武汉岩土力学所岩土重点实验室开放基金课题“环境侵蚀下水泥土损伤破裂的试验研究（Z110403）”资助,同时,作为负责人,2012年成功申请到了国家自然基金面上项目“基于环境侵蚀与渗流耦合作用下水泥土的损伤机理及本构模型研究（51279109）”,经费77万。 本项目经过十几年的研究,发表相关学术论文50余篇,其中被EI检索28篇,单篇论文被他人索引达到70余次,获得同行的肯定。出版了《岩土材料的环境效应》专著一部,参著《岩石破裂过程的化学-应力耦合效应》一部。联合培养博士生2人,硕士生15人。