干燥和饱水状态下大理岩三轴剪切试验研究

来源：水利水运工程学报杂志 2026年第2期北京时间：

作者：林志南,肖虎生,王家全,张文海

摘要：为研究三维压剪应力状态下完整岩石的剪切损伤破坏特征，采用Rock Top -50HT全应力多场耦合三轴试验系统，对成分简单、结构均质的干燥和饱水完整大理岩进行高围压下的三轴剪切试验。本研究得出了相应的三轴剪切应力-应变曲线和含有原岩屑碎片的剪切破坏裂隙面，分析了不同状态下三轴剪切应力作用下大理岩随围压的强度变化特征和脆延转化规律，探究了大理岩的三轴剪切破坏模式，并通过非接触式三维形貌扫描试验获取大理岩剪切破坏面形态特征；采用综合评价方法表征大理岩三轴剪切破坏结构面特征，量化分析了三轴剪切破坏结构面的粗糙度特征。结果表明：干燥与饱和大理岩的应力峰值、应变峰值均随围压的增大而增大，脆性评价指标随围压先增后减，且30 MPa为阈值；相对于干燥岩石，饱水状态下岩石的峰值剪切强度、残余强度和脆性评价指标和粗糙度参数均降低；但随围压的增大，饱水对大理岩强度的弱化效应逐渐减弱；岩样剪切面几乎都是沿轴向中段贯通破坏，表现出凹凸不平的断面形态，主剪切面附近由于应力的差异分布，伴生少量衍生裂纹，且粗糙度系数随围压增大而减小。本文对干燥和饱和大理岩的三轴剪切损伤模式进行了详细分析，指出在工程实践中应充分考虑围压与水化作用对岩石力学强度及变形特征的综合影响。研究结果不仅可为岩体工程的稳定性评估和安全设计提供重要参考，还可为复杂地质环境下岩石力学行为的研究提供借鉴。

关键词：大理岩, 干燥状态； 饱和状态, 力学状态, 脆延转化, 裂隙结构面特征