摘要：岩石作为从古至今人类社会发展中必不可少的一部分，对其性能的研究具有必要性。水作为自然界中最活跃的成分，岩石不可避免的和水产生接触，并且水化溶液对岩石性能的影响是多种自然影响中最为显著的。研究岩石性能必需研究水化环境对岩石破坏的影响，各国学者通过多年研究发现，水化环境对岩石断裂影响主要集中在化学影响、物理影响和力学性能影响三个方面。
关键词：岩石；断裂；水化环境；影响分析
1.引言
在人类的发展历史长河里，岩石是不可或缺的重要成分，岩石在人类社会的发展过程中起着至关重要的作用。在原始社会人们就开始加工各种石器用以满足日常生活，四大文明古国中古埃及的金字塔以及我国的万里长城都是人类对于岩石利用的最好象征。现如今岩石依旧是社会发展所必需的部分，堤坝、石材装饰等均运用了岩石，岩石依旧广泛应用于当今社会。
2.水对岩石影响研究的必要性
2015年9月16日，海南省海口市在“环高”外围环流和弱冷空气共同作用产生的强降水作用下，多处房屋出现坍塌，停车场塌陷以及山体滑坡，该事故是典型的由于降水过多引发的地质事故。2013年7月26日甘肃天水由于持续多日的强降雨，多地发生泥石流造成24人死亡1人失踪，造成的直接与间接经济损失甚至超过了2008年的汶川地震，该事故也是由于降水过多所引发的地质灾害。1967年，印度戈伊纳水库发生了地震，该地震是迄今为止由于水库引起的震级最高的地震，水库蓄水改变了当地的地质环境，到现在为止该水库所在地已经发生过几百次地震。综上所述可知水对岩石的影响非常大，非常容易引发地质灾害，在自然界中由于水化溶液与岩体之间的相互作用称之为水—岩作用。由以上真实地质灾害可知研究水对岩石的影响非常有必要。
3.岩石断裂韧度
岩石材料不同于一般的工程材料，是自然界的一种复合产物由多种矿物质所构成，同时也是由于多种地质条件的产物。由于岩石本身是自然界的产物没有人为控制，所以存在于自然界中的岩石组分和结构差异性很大，岩石特性变化幅度也非常大，并且在岩石内部不可避免的存在初始裂纹。故而岩石既不是连续物质也不是离散物质，而是一种极其特殊的材料，对其力学特性的研究包含有非线性以及时间效应等多种流变特性。
岩石是由于其内部的各种物质通过胶结作用或者结晶作用连接在一起的，这种形成方式必定存在初始裂缝，由于初始裂缝的存在当岩石受到荷载的作用时，其内部裂缝经历萌生、扩展、汇集和贯通，直至岩石破坏，该破坏过程即是变形破坏的本质。
岩石的断裂韧度是岩石力学中岩石最基本的力学指标，该指标表示岩石抵抗裂纹发展的能力。岩石断裂韧度是基于金属断裂韧度发展起来的，最初的岩石断裂韧度测量方法也是采用金属断裂韧度的相类似的测量方法。岩石的破坏通常是由于与裂纹尖端方向垂直的荷载所造成的Ⅰ型裂纹。从1970开始基于岩石Ⅰ型裂纹的研究从未停止过，但是由于岩石材料本身的不均匀性以及种类繁多各国研究者至今没有建立完整规范来衡量断裂韧度测量的正确性。测量岩石材料的断裂韧度现如今已经成为了一项国际共同合作的课题。
4.水—岩作用
岩石是一种由于各种地质运动而产生的复合物质，广泛存在于自然界中，经常受到各种外部因素影响，诸如水化学溶液、风、大气以及温度等。其中水化学溶液的影响最为显著，其影响主要分为三种：1.化学影响；2.物理影响；3.力学影响。
早在20世纪50年代前苏联科学家就提出了水—岩作用这一概念，从那之后，各国学者开始了对水—岩作用深入的研究。1993年，Hutchinson[1]等利用不同PH的酸性水化学溶液模拟酸雨，以此来研究酸雨对古建筑的影响，得到了不同PH值溶液作用下石灰岩的不同溶解规律。
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化学影响主要是水化溶液中的离子与岩石中的化学物质发生反应，主要包含氧化还原反应以及离子置换反应。韩铁林[2]采用四种酸碱度不同的水化溶液对砂岩进行浸泡，得出了溶液浸泡之后的砂岩延性增大、脆性减少的结论。汪亦显[3]等对水溶液对岩石腐蚀机理做了深入研究，得到了水化学腐蚀的定量计算方法。陈四利[4]等以黄河小浪底水电站处砂岩为研究对象，采用NaCl、CaCl2、NaHCO3等三种不同溶液对其进行浸泡处理，其后对砂岩进行单轴拉压试验，得出如下结论：不同化学溶液对砂岩的荷载位移曲线峰值具有一定影响，浓度越大荷载位移曲线峰值相应降低。
力学影响是水化学溶液对岩石力学性能的影响，主要包括了岩石强度以及断裂韧度等性质。我国专家在较早时期就开展了水化学溶液对岩石力学性能影响方面的研究，取得了较多成果。黄振育[5]等查阅国内外文献，对国内外研究成果进行了深入对比，得到了比较全面的总结和分析结果；常春[6]等为了研究静水压力对岩石力学特性的影响，采用多种岩样在静水压力作用下进行单轴压缩试验，并采用神经网络方法对数据进行处理，得出随着静水压力增大岩石的屈服强度将减小，并且呈现出线性关系的结论。
物理影响主要是指水化物对岩石中的胶结物质进行软化的影响，使得岩石中各颗粒之间的连接性能减小，以及水流冲击造成岩石中次生孔隙率的产生。赵明华[7]等对红岩进行了研究，发现红岩的岩性差异较大，但是在完全分解之后发现红岩的结构比较稳定，并且具有非常高的压实度能够很好的应用于路基的建设中；陈刚林[8]等对不同饱和度的岩石进行了试验，发现岩石的不同饱和度对岩石性能有一定影响，岩石中含水率越高，抗压强度反而越低。
5.结论
岩石是一种复杂的结合物质，广泛存在于自然界中，自然环境中多种因素均会对其岩性造成影响，其中水化学溶液影响最为显著。各国学者通过多年研究发现水化学溶液对于岩石岩性的主要集中在三个方面：
①岩石中的离子与水化溶液中的离子发生化学反应导致岩石性质发生改变，对浸泡之后的岩石进行拉压实验可以发现浸泡溶液浓度越大岩石的荷载位移曲线峰值将会降低。
②将岩石在静水压力作用下进行单轴压缩试验，可知，静水压力越大岩石的屈服强度越小。
③岩石中含水率的不同将会影响岩石的物理特性，岩石含水率越高其强度越低。
参考文献：
[1] Hutchinson A J, Johnson J B, Thompson G E, et al. Stone degradation due to wet deposition of pollutants[J]. Corrosion Science, 1993, 34(11):1881-1898.
[2] 韩铁林, 师俊平, 陈蕴生,等. 化学腐蚀对砂岩物理力学性质影响的试验研究[J]. 西安理工大学学报, 2014, 30(1):34-39.
[3] 汪亦显, 曹平. 水化学腐蚀下岩石损伤力学效应研究[J]. 南华大学学报(自然科学版), 2009, 23(1):27-30.
[4] 陈四利, 冯夏庭, 李邵军. 化学腐蚀对黄河小浪底砂岩力学特性的影响[J]. 岩土力学, 2002, 23(3):284-287.
[5] 黄振育, 韦昌富, 钟晓斌,等. 水化学环境对岩石性质影响研究现状及展望[J]. 桂林理工大学学报, 2013, 33(2):290-296.
[6]常春, 周德培, 郭增军. 水对岩石屈服强度的影响[J]. 岩石力学与工程学报, 1998, 17(4):407-411.
[7]赵明华, 刘晓明, 苏永华. 含崩解软岩红层材料路用工程特性试验研究[J]. 岩土工程学报, 2005, 27(6):667-671.
[8] 陈钢林, 周仁德. 水对受力岩石变形破坏宏观力学效应的实验研究[J]. 地球物理学报, 1991, 34(3):335-342.
论文作者:陈林
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/18
标签：岩石论文; 水化论文; 溶液论文; 力学论文; 砂岩论文; 荷载论文; 水压论文; 《基层建设》2018年第31期论文;