随着我国对水资源高效开发利用的需求日益突出,我国西部地区长距离输水隧洞的安全建设、水电开发过程中库岸边坡的稳定性等问题逐渐凸显。水物理化学作用是造成岩体损伤和力学性质劣化的重要原因,岩石水物理化学作用效应已成为制约长距离输水隧洞、库岸边坡、大坝坝基等安全稳定性的关键技术难题之一。
在影响岩体工程安全性的诸多因素中,水是最活跃的因素之一。
水可以通过孔隙水压力影响岩体的应力状态,而应力状态的改变又会通过介质颗粒间的孔隙或裂隙面几何形状的变化来影响岩体的水力特性,这种相互作用构成了岩体应力-水力两场耦合问题。然而,地质环境是岩土介质和地下水环境组成的复杂系统,水对岩体不仅具有上述力学作用,水-岩之间还存在着复杂的物理化学作用。
水一方面对岩土介质产生润滑、软化、泥化及结合水强化等物理作用,另一方面又与岩土介质之间不断进行着离子交换、溶解、溶蚀、水化、水解、氧化还原等化学作用。
水岩物理化学作用在岩体工程中广泛存在,如核废料地下储存、溶浸采矿、油气田开采以及地下洞室稳定性问题等均与水岩化学作用密切相关。水岩之间发生的物理化学作用不仅会改变岩体的矿物组成与微细观结构,使其产生孔隙、溶洞及溶蚀裂隙等,还会引起岩体强度和刚度等物理力学性质的劣化,甚至造成工程事故,对岩体工程的稳定性产生威胁。
中国科学院武汉岩土力学研究所地质灾害与3S技术课题组刘建研究员等针对岩石水物理化学作用效应这一课题开展研究,在砂岩弹塑性和蠕变力学特性的水物理化学作用效应机制方面取得了一系列研究成果。研究成果深化了对于砂岩弹塑性和蠕变力学特性的水物理化学作用效应的认识,为富水砂岩地层分布区域的水电工程库岸边坡、交通工程路堑边坡稳定性评价和边(滑)坡地质灾害治理提供了重要依据。