冻融循环试验用什么岩石

6.3.1　试验方法

本次试验将岩样分为3组：饱和组、干燥组和对比组。饱和岩样编号为S－1～S－6，干燥岩样编号为D－1～D－6，对比岩样编号为C－1～C－2。其中C－1组为天然状态下的对比样，C－2组为在50℃下烘烤后的对比样。每编号3个岩样，例如S－1组3个岩样的编号分别为S－1－1、S－1－2、S－1－3，其他岩样组的编号类似（S－6组和D－6组只有两个样）。

饱和岩样的制备程序如下：①将选好的岩样放入烘箱，在105℃下烘48h至恒重（24h内其质量变化不超过0.1%），称量并记录各岩样的质量；②然后，将岩样放入密封容器中，抽取容器中的空气，2h后向容器中放入蒸馏水；③继续抽气4h直至无气泡溢出；④最后，将岩样在水中浸泡24h以上，称取饱和后岩样在空气中的质量及水中质量，以此得到岩样的饱和含水量和孔隙度。

干燥岩样的制备程序如下：①将岩样放入烘箱，在105℃下烘48h至恒重（24h内其质量变化不超过0.1%）；②然后，称量并记录各岩样的质量。

对比岩样分为两组，C－1组为天然状态下的对比样，C－2组为在50℃下烘烤至恒重的对比样。

表6.5为各岩样冻融循环前的基本物理指标。岩石体积、岩石质量、岩石密度与纵波波速均为天然状态下的物理量。孔隙率在这里是指计算孔隙率。

研究冻融循环条件下岩石的物理力学性质，主要应考虑温度、含水量和岩性差异3个方面。本节系统研究云冈石窟砂岩在干燥与饱和状态下不同冻融循环次数的质量、体积、波速以及单轴抗压强度的变化规律，同时，采用变形监测设备实时监测冻融过程中岩样的变形。

试验分为以下4个部分。

表6.5　冻融循环前岩样基本物理指标

（1）完成样品制备和冻融前的物理力学指标测试后，将逐一编号的干燥样或饱和岩样用密封袋密封好，放入超低温冰箱中冷冻。为模拟现场条件，选用的冻结温度为－30℃，冻结时间为12h。接下来试验环节分别为：取出岩样在50℃的烘箱中融解，干燥岩样烘烤12h，饱和样烘烤6h；然后将饱和岩样重新饱和，饱和时间也为6h，即在24h时间内完成一次冻融循环；接着开始进入下一个冻融循环。在每5次冻融循环后，量测第5次冻结结束和融解结束时岩样的质量、尺寸以及波速。

（2）S－6－1与S－6－2岩样为含有裂隙的岩样，冻结过程中进行变形实时监测。

（3）将试验过程中出现破坏的样品取出，其余样品继续冻融循环。根据岩样的实际情况确定最终的冻融循环次数：D－1／S－1组冻融循环10次取出，D－2／S－2组冻融循环20次取出，D－4／S－4组冻融循环25次取出，D－5／S－5组冻融循环30次取出，D－3／S－3组冻融循环35次取出，S－6组冻融循环35次取出。C－1组为天然状态，未进行冻融循环；C－2组在50℃下进行了35次烘烤冷却循环后结束。

（4）在完成预定的最终循环次数后，对较完好的岩样进行了单轴抗压强度试验，并选取部分岩样进行SEM微观结构测试。

岩石物理性质试验、冻融循环试验、波速测试、单轴抗压强度试验与电镜扫描（SEM）试验，分别在中国地质大学（武汉）工程学院实验中心、中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。岩石物理性质试验设备主要为电子天平、烘箱、游标卡尺，岩石声波测试设备采用RS－ST01C型超声波，冻融设备采用低温冰箱与真空箱，岩石冻结过程中的变形测试仪器为高精度位移传感器与数据采集仪DT－85G，单轴抗压强度试验采用英国Instron 1346岩石伺服试验机，电镜扫描（SEM）分析设备为Quanta200型环境扫描电子显微镜。