冻结红砂岩力学特性随压力和温度变化的研究

本研究针对梅林庙矿区的红砂岩，进行了一项深入的冻结条件下的力学特性试验。该研究主要关注的是不同围压和温度对红砂岩力学性质的影响。实验采用三轴力学测试方法，对红砂岩试样在-15℃和12MPa围压下的性能进行了细致分析。 在-15℃的低温环境下，研究发现红砂岩的轴向抗压强度随围压的增加呈现出明显的线性增长趋势。这一结果表明，在冻结状态下，红砂岩依然遵循莫尔-库伦强度准则，这是岩石力学中的一个重要概念，它将岩石的破坏过程归结为剪切破坏，其黏聚力（凝聚力）被测得为11.99兆帕（MPa），内摩擦角为33.7°。这些参数对于理解冻结红砂岩的稳定性和承载能力至关重要。 在12MPa的围压条件下，红砂岩的抗压强度与温度之间的关系表现为二次曲线，显示出非线性特征。这意味着温度变化对红砂岩的强度有显著影响，可能引发其强度的增强或减弱。此外，试验还发现，随着温度的变化，红砂岩的弹性模量（材料抵抗变形的能力）呈现线性关系，但泊松比（描述材料横向应变与纵向应变的比例）对温度的影响相对较小，这有助于预测和控制材料在不同温度下的变形行为。 通过细致的曲线拟合，研究者获得了不同围压下红砂岩强度与温度的具体关系表达式。这些关系式为井筒科学掘进提供了重要的理论依据，因为在地下工程中，如矿井开采、隧道建设等，理解冻结岩石的力学特性对于设计合理的施工方案、保障施工安全及优化资源利用具有重要意义。 总结来说，这项研究揭示了冻结红砂岩在特定条件下的力学行为，这对于地质工程、采矿工程等领域理解和处理冻结地层具有实际价值。通过掌握这种岩石在冻结状态下的力学特性，工程师们能够更好地预测和管理冻土区的工程问题，确保项目的顺利进行。