摘要
随着环境污染问题的日益严重，地下水酸碱化现象愈发明显，对工程岩体的腐蚀作用也在逐渐加强，进而导致工程岩体的稳定性降低，对施工运营安全造成严重威胁，造成巨大的人员伤亡和财产损失。因此开展深入系统的研究，揭示砂岩在酸碱溶液环境影响下的力学性能劣化机制，以及劣化后的损伤演化规律，具有十分重要的科研价值和工程指导意义。本文围绕砂岩开展了室内不同酸碱溶液的浸泡腐蚀试验，探究其物理性能的变化规律，并从微观角度出发，揭示了溶蚀机理。通过基本力学试验，探讨了酸碱环境影响下砂岩的力学特性，同时采用了基于无监督机器学习的声发射信号处理方法，阐明了砂岩的损伤演化特征及破坏模式。研究结果可为酸碱溶液腐蚀作用下岩体结构的稳定性评价，提供一定的理论支撑和参考。本文的主要研究成果如下: 1、经过不同酸碱溶液浸泡后砂岩的基本物理试验研究，发现砂岩的质量损失率、孔隙率、波速变化具有明显的时间依赖性，质量损失率和孔隙率随时间变化呈上升趋势而波速呈现下降趋势，并且砂岩对酸性溶液最为敏感，对碱性溶液次之，对中性溶液的敏感性最小。 2、根据XRD、SEM和ICP试验，对其矿物成分进行测定，分析其内部微观结构及浸泡后水化学溶液离子溶度、pH值的变化特征，发现溶液中的Na+、K+、Ca2+、Al3+离子浓度均增加，不同酸碱溶液腐蚀后，砂岩的表面结构由致密变为松散，伴随着大量溶蚀孔洞和裂隙出现，并且随着酸碱强度的增加而逐渐增多。 3、通过分析试验过程中的声发射数据，发现b值的骤然下降现象可作为砂岩破坏的前兆。在不同酸碱溶液浸泡后砂岩的多重分形谱宽度相比天然状态下变小，说明砂岩内部矿物颗粒之间产生了较大的位错。并且根据声发射信号进行源定位分析，微观再现了砂岩在加载过程中内部裂隙的发育，发现砂岩的三维时空分布特征与最终破坏的模式保持一致，并且基于机器无监督聚类方法可以有效解决砂岩的裂纹分类问题。
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