隨著我國對水資源高效開發(fā)利用的需求日益突出，我國西部地區(qū)長距離輸水隧洞的安全建設(shè)、水電開發(fā)過程中庫岸邊坡的穩(wěn)定性等問題逐漸凸顯。水物理化學(xué)作用是造成巖體損傷和力學(xué)性質(zhì)劣化的重要原因，巖石水物理化學(xué)作用效應(yīng)已成為制約長距離輸水隧洞、庫岸邊坡安全穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。

　　中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所地質(zhì)災(zāi)害與3S技術(shù)課題組研究員劉建等從細(xì)觀層面分析了砂巖的水物理化學(xué)損傷機(jī)理，提出了砂巖彈塑性和蠕變力學(xué)特性的水物理化學(xué)作用效應(yīng)機(jī)制。

　　通過對不同水環(huán)境下砂巖孔隙率、pH值演變和礦物蝕變等開展一系列的試驗(yàn)研究，從微細(xì)觀層次分析砂巖的水物理化學(xué)損傷機(jī)制，在此基礎(chǔ)上，提出以蒸餾水環(huán)境下測得的次生孔隙率為基礎(chǔ)，從總次生孔隙率中將水化學(xué)作用產(chǎn)生的次生孔隙率分離出來的方法，進(jìn)而建立基于次生孔隙率變化的砂巖水物理化學(xué)損傷變量表達(dá)式，提出了反映水物理化學(xué)作用效應(yīng)的非線性彈性本構(gòu)模型——改進(jìn)Duncan模型。研究結(jié)果表明：砂巖水物理損傷主要受水流導(dǎo)致的礦物顆粒間膠結(jié)物與碎屑運(yùn)移和擴(kuò)散影響，與水化學(xué)損傷與離子濃度、pH值等水環(huán)境變化密切相關(guān)；二者所誘發(fā)的次生空隙是水物理化學(xué)作用影響砂巖力學(xué)性質(zhì)的主要原因。

　　通過對干燥、飽水以及不同離子濃度和酸堿度水溶液循環(huán)流動作用至水-巖反應(yīng)平衡后的砂巖試件開展一系列蠕變試驗(yàn)，研究結(jié)果表明：（1）砂巖蠕變的水溶液離子濃度作用效應(yīng)呈現(xiàn)出離子濃度越高則蠕變特性越顯著的特點(diǎn)；（2）不同酸堿度溶液彼此之間對砂巖蠕變特性影響效應(yīng)的差異性并不顯著。

　　研究成果應(yīng)用于拉西瓦水電站果卜岸坡、茨哈峽水電站庫岸邊坡等多項(xiàng)工程中，為水電工程庫岸邊坡穩(wěn)定性評價(jià)提供了重要依據(jù)。研究成果發(fā)表在《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》、《巖土力學(xué)》上，上述工作得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40672192，50479072)、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(50539090)資助。

（左）砂巖彈塑性力學(xué)特性的水物理作用機(jī)制示意圖；（右）不同水溶液循環(huán)流動作用后的砂巖應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線