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Yu, G.-T., Fu, H.-Y., Gao, Q.-F., Zeng, L., & Li, J.-J. (2024). Influences of bedding angle and soaking time on the mechanical behaviour of silty mudstone: laboratory testing and theoretical modelling. Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 57(3). https://doi.org/10.1144/qjegh2023-126 ● 层理角对力学行为的影响：层理角显著影响粉砂质泥岩的力学性能。随着层理角的增加，岩石试件的拉伸强度呈指数增加，特别是层理角从0°增加到90°时，拉伸强度增加了1.78倍。层理角还影响了压缩强度和弹性模量，显示出U型变化趋势，45°层理角的试件压缩强度最低，为7.64 MPa。
● 浸泡时间对力学行为的影响：浸泡时间对粉砂质泥岩的力学性能有显著影响。随着浸泡时间的增加，岩石试件的饱和拉伸强度、单轴压缩强度和弹性模量呈指数下降。浸泡20天后，试件的拉伸强度下降了73.53%，单轴压缩强度下降了53.79%，弹性模量下降了65.52%。
● 典型破坏模式：粉砂质泥岩在巴西劈裂试验和单轴压缩试验中表现出三种典型的破坏模式：劈裂拉伸破坏、剪切滑动破坏和劈裂剪切破坏。不同层理角的试件在加载过程中表现出不同的破坏路径和形式。
● 改进的Hoek-Brown破坏准则：基于试验数据和断裂力学理论，本文修改了Jaeger方程，推导出改进的Hoek-Brown张力破坏准则。该准则能够较好地表征层理角对粉砂质泥岩拉伸强度的影响，并反映浸泡条件对机械性能的影响。
● 水-岩作用的显著性：研究表明，水-岩作用是影响粉砂质泥岩压缩强度的关键因素。水分子通过水化作用和矿物溶解反应弱化了岩石的内聚力和晶间结合力，导致岩石结构松散，力学性能显著下降。
编者按：在岩土工程领域，粉砂质泥岩因其特殊的力学特性和在热湿环境中的易变性，成为了研究者们关注的焦点。本文通过系统的实验和理论分析，深入探讨了层理角和浸泡时间对粉砂质泥岩力学行为的影响，为工程设计和灾害预防提供了宝贵的科学依据。摘要：粉砂质泥岩在热湿环境中极易受到影响，导致其力学性能恶化，成为地质灾害的隐患，甚至引发地质灾害。准确表征层理和水-岩相互作用对粉砂质泥岩力学行为的影响，是保护和加固粉砂质泥岩边坡的关键前提。为此，进行了单轴压缩试验和巴西劈裂试验，以检验层理粉砂质泥岩的力学性能。基于试验结果，揭示了层理角和浸泡时间对粉砂质泥岩力学性能（如拉伸强度、单轴压缩强度和弹性模量）的影响。试验结果表明，拉伸强度随层理角增加呈指数增加。观察到的层理粉砂质泥岩的劈裂破坏模式包括劈裂-拉伸破坏、剪切破坏和劈裂破坏。粉砂质泥岩的单轴压缩强度随层理角增加呈U形变化，层理角为45°的试样单轴压缩强度最低，为7.64 MPa。此外，粉砂质泥岩的弹性模量与层理角正相关。在单轴压缩下，层理粉砂质泥岩的破坏模式包括劈裂-拉伸破坏、剪切-滑动破坏和劈裂-剪切破坏。随着浸泡时间的增加，层理粉砂质泥岩的饱和拉伸强度、单轴压缩强度和弹性模量呈指数下降。试验数据证实了Jaeger方程对层理粉砂质泥岩单轴压缩强度的适用性。随后，通过结合断裂力学理论和试验结果，并引入软化因子，推导出改进的Hoek-Brown破坏准则。上述破坏准则中的参数A、D和m随浸泡时间的增加呈指数下降，并建立了考虑浸泡时间的经验Hoek-Brown破坏准则。与之前的理论模型相比，该模型更适应实际工程情况，计算结果更准确。背景：粉砂质泥岩在热湿环境中极易受影响，导致其力学性能显著恶化。地质学家和工程师们一直致力于研究这种特殊岩石在不同环境条件下的表现，以便更好地预测和预防由其引发的地质灾害。当前研究在地质工程和边坡防护中具有重要意义。随着基础设施建设的发展，粉砂质泥岩的力学行为研究不仅有助于提高工程安全性，还对防治地质灾害具有指导作用。科学问题：本文主要探讨了层理角和浸泡时间对粉砂质泥岩力学性能的影响，这包括拉伸强度、单轴压缩强度和弹性模量的变化。研究发现，层理角和浸泡时间均显著影响岩石的力学性能，这些因素在实际工程中必须被考虑。层理角对力学行为有何影响？研究表明，随着层理角的增加，粉砂质泥岩的拉伸强度呈指数增加，而单轴压缩强度则呈U形变化。在45°层理角时，试样的单轴压缩强度最低，仅为7.64 MPa。此外，弹性模量与层理角正相关。这些发现为工程设计提供了关键数据，帮助工程师更好地预测和应对不同层理角下的岩石力学行为。浸泡时间对力学行为有何影响？实验结果显示，随着浸泡时间的增加，粉砂质泥岩的饱和拉伸强度、单轴压缩强度和弹性模量均呈指数下降。浸泡20天后，试样的拉伸强度下降了73.53%，单轴压缩强度下降了53.79%，弹性模量下降了65.52%。这些数据揭示了水-岩相互作用对岩石力学性能的显著影响，强调了在工程设计中考虑浸泡时间的重要性。粉砂质泥岩在不同层理角和浸泡条件下表现出哪些典型的破坏模式？研究观察到的破坏模式包括劈裂-拉伸破坏、剪切破坏和劈裂-剪切破坏。这些破坏模式随着层理角和浸泡时间的不同而变化，进一步证实了层理角和水-岩相互作用对岩石力学行为的综合影响。这些发现对理解岩石在复杂受力条件下的破坏机制具有重要意义。方法：进行了单轴压缩试验和巴西劈裂试验，系统测试了不同层理角和浸泡时间下粉砂质泥岩的力学性能。分析了层理角和浸泡时间对拉伸强度、单轴压缩强度和弹性模量的影响，揭示了其变化规律。结合实验数据和断裂力学理论，推导并改进了Hoek-Brown破坏准则，建立了考虑浸泡时间的经验破坏模型。结果与结论：层理角的影响：随着层理角的增加，粉砂质泥岩的拉伸强度呈指数增加，压缩强度则表现出U型变化，45°层理角的试样压缩强度最低，为7.64 MPa。浸泡时间的影响：随着浸泡时间的增加，粉砂质泥岩的饱和拉伸强度、单轴压缩强度和弹性模量呈指数下降。破坏模式：观察到的破坏模式包括劈裂-拉伸破坏、剪切破坏和劈裂-剪切破坏，这些模式随着层理角和浸泡时间的不同而变化。
本文的结论基于详尽的实验数据和理论分析，验证了层理角和浸泡时间对粉砂质泥岩力学性能的显著影响，理论模型与实验结果高度一致，验证了改进的Hoek-Brown破坏准则的有效性和适用性。
图. 研究流程图。
图. 浸泡和未浸泡的巴西劈开试件和单轴压缩试件的破坏模式：（a）0 天；（b）20 天；（c）0 天；（d）20 天。研究表明，层理角显著影响粉砂质泥岩的力学性能。随着层理角的增加，粉砂质泥岩的拉伸强度呈指数增加，而单轴压缩强度则呈U形变化，45°层理角的试样压缩强度最低，仅为7.64 MPa。此外，弹性模量与层理角正相关。这些发现为工程设计提供了关键数据，帮助工程师更好地预测和应对不同层理角下的岩石力学行为。
浸泡时间对粉砂质泥岩的力学性能有显著影响。随着浸泡时间的增加，粉砂质泥岩的饱和拉伸强度、单轴压缩强度和弹性模量均呈指数下降。浸泡20天后，试样的拉伸强度下降了73.53%，单轴压缩强度下降了53.79%，弹性模量下降了65.52%。这些数据揭示了水-岩相互作用对岩石力学性能的显著影响，强调了在工程设计中考虑浸泡时间的重要性。█ 本文提出的改进的Hoek-Brown破坏准则有何创新之处？本文通过结合断裂力学理论和实验结果，改进了Hoek-Brown破坏准则，提出了新的经验公式。新模型中参数A、D和m随浸泡时间的增加呈指数下降，显著提高了模型的适用性和预测精度。相比之前的理论模型，该改进模型更适应实际工程情况，提供了更准确的力学性能预测工具，为工程设计和灾害预防提供了重要的科学依据。
原文请查阅 Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology。
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原文链接：https://doi.org/10.1144/qjegh2023-126
