洛河组砂岩解冻后物理力学性质及破坏特征研究

任建喜，王晓琳，陈 旭

(西安科技大学 建筑与土木工程学院，陕西 西安 710054)

陕西、内蒙古等地区矿井所穿越的地层主要以中垩系和侏罗系地层为主，其中白垩系地层多为洛河组砂岩，具有大孔隙、层理明显、强度低和易风化等特点[1]。为了保证井筒安全顺利地穿越含水软岩层，需采用人工冻结法施工[2]。但是这些地层的特性与东部地区有很大的差异，盲目借鉴东部地区冻结法施工经验往往会造成不良后果[3，4]。国内学者通过室内试验和理论结合的方法对岩石冻结前后的物理力学性质开展了大量的研究[5-8]。刘莹[9，10]等对常温和不同负温下的洛河组砂岩进行物理力学性质进行研究，发现白垩系岩石的力学性质随冻结温度的降低而增大。田应国[11]对饱和中砂岩和粗砂岩在不同温度下进行了单轴压缩试验，揭示了冻结白垩系砂岩力学性质与温度的相关性。杨更社等[12，13]分析了不同冻融循环次数下砂岩的损伤扩展规律，并建立了砂岩冻融与荷载耦合作用下的损伤本构模型。刘波[14]对白垩系弱胶结红砂岩的冻融损伤机制及冻融过程中围压的影响机制进行了研究。

冻结法在复杂地层井筒施工中具有很大的优势，但也会给工程带来冻胀、融沉等灾害。目前，关于冻结前后洛河组砂岩的物理力学性质都有了比较深入的认知和了解，但是对解冻后洛河组砂岩的物理力学性质的研究还有所欠缺。本文通过对不同冻结温度的砂岩经解冻后进行物理力学性质的试验，得到其在解冻后基本的物理力学参数，为后续冻结壁和井筒设计提供一定参考。……