深部岩石隐性裂纹扩展过程的电化学响应研究

由于深部岩石受高地应力、高温度和高渗流压力的作用，深部岩石的裂纹呈隐性裂纹特点，这些隐性裂纹对岩体工程的变形破坏有重要影响。本项目以深部岩石的隐性裂纹为研究对象，运用岩石力学、电化学、毛管电动力学等综合理论，重点研究深部岩石隐性裂纹扩展过程的变频电响应特征和电化学检测技术。通过改造岩石试样电化学测量和力学行为测量的装置，实现岩样隐性裂纹扩展过程的电化学阻抗谱实时测量，通过不同力学行为下岩样的阻抗谱特征，研究隐性裂纹扩展的变频电响应变化规律；分析阻抗谱各个参数和岩石微结构的关系，建立岩石微结构交流电响应的物理模型和等效电路；建立岩石的电化学阻抗谱特征参数和岩石孔隙结构参数的联系，借助岩石孔隙结构的改变来研究岩石断裂破坏过程，从而建立岩石变形破坏的电化学检测技术。

深部岩石隐性裂纹的扩展搭接贯通是影响深部岩石工程稳定性的关键因素之一。本项目对深部岩石隐性裂纹及在不同条件下扩展搭接以及贯通的电化学响应进行了试验研究和理论分析。设计了利用电化学工作站测试岩石试样的两电极装置，在室内试验成果的基础上，建立了以Nyquist数据图谱为基础，以高频弧段频率范围、俯视角、实轴起止数据和常相位角元素频响特征以及中频弧半径为关键参数的分析方法，通过岩石微结构电响应的物理模型和等效电路与阻抗谱各个参数的关系，结合阻抗谱的拓扑结构分析，完善了电化学响应测试岩石隐性裂纹的方法体系。改进完善了适合测试岩石试样冻融试验电化学实时监测的装置，建立了以特征电容、特征阻抗和高频段俯视角为关键参数的岩石隐性裂纹扩展搭接贯通的电化学监测方法。开发了水泥土制样养护和电化学检测的装置，建立了以复电阻率为参数的水泥土强度变化监测方法，丰富了岩土电化学理论体系。