低温下饱水粗粒砂岩力学特性与破坏模式深度探究

低温饱水粗粒砂岩在地质工程中具有重要的应用价值，特别是在寒冷地区如内蒙古自治区鄂尔多斯的冻结副立井项目中，其力学性能对于施工安全和稳定性至关重要。本研究通过实验手段，针对-500米至-700米深度的饱水粗粒砂岩，进行了在常温和不同低温(-10℃、-15℃、-20℃、-30℃)下的单轴压缩测试，重点关注了低温条件对其抗压强度、弹性模量和泊松比的影响，以及可能的破坏模式。 研究发现，随着温度的下降，低温饱水粗粒砂岩的弹性模量呈现出显著增加的趋势，这表示在低温环境下，其抵抗形变的能力增强。同时，单轴抗压强度也有明显提升，说明在更低的温度下，这种岩石的承载能力得到提升，能够承受更大的压力。然而，泊松比的降低则揭示了岩石内部结构的变化，可能反映出低温条件对岩石内部微观结构的影响，使得它在压缩时横向变形减小。 在破坏模式方面，低温饱水粗粒砂岩的单轴压缩主要表现为两种类型：一是柱状劈裂破坏，即岩石沿垂直于压缩方向发生断裂；二是单一斜截面剪切破坏附带劈裂裂隙，这意味着在低温下，岩石不仅经历了纵向的断裂，还可能出现横向的剪切损伤。这两种破坏模式的出现，提示在低温施工过程中需特别注意岩石的应力分布和裂隙发展，以防止突发的破坏事件。 这项研究的结果为低温环境下饱水粗粒砂岩的力学行为提供了定量的参数，对于优化低温冻冷新井施工设计、预测和控制岩体稳定性、确保施工安全具有重要的实践指导意义。对于从事岩土工程、采矿工程以及冷冻工程领域的研究人员和工程师来说，理解和掌握这些特性是至关重要的，它们将有助于在实际工程项目中制定更为精准的施工策略和技术措施。