摘要：为研究高温状态砂岩力学特征和水泥浆对高温状态砂岩力学性质的影响，对高温状态砂岩和水泥浆处理后高温砂岩进行单轴压缩试验。试验结果表明：随温度升高，试样表现为裂隙发育，脆弱区范围增大，全程应力-应变曲线时间短，最大应变值减小趋势，极限抵抗强度降低;水泥浆浸泡过的高温砂岩相比高温状态砂岩，裂隙密度减小，结构密度增大，应变趋势减缓，形成极限破坏时间较长最大应变值增大，说明水泥浆改善了高温砂岩变弱趋势，为未来绿色矿山边坡稳定治理提供参考。
关键词：高温砂岩;水泥浆;脆弱区;抵抗强度;绿色矿山
0引言
随着我国矿产资源需求量加大，矿山生产规模逐渐加大，这也形成了严重的地质灾害，其中，露天矿山边坡失稳成为最严重地质灾害之一。据我国相关矿山边坡安全事故数据统计，从2000—2007年，我国金属非金属矿山发生边坡滑坡事故将近2000起，占总矿山事故的15%。共计伤亡人数高达3065人，占全部地质灾害伤亡人数第1位。依据2017年全国非煤矿山大型事故统计，因矿山边坡滑坡灾害引起矿山安全事故伤亡人数和事故总数均占所有地质灾害事故伤亡总数和总事故总数第3位。依据国家对矿山进行绿色矿山建设要求，矿山边坡基岩破坏特征和稳定治理成为矿山关注的安全生产最主要的问题，对促进绿色矿山建设，具有重要的理论指导意义。
不同温度条件下，不同岩石表现出不同物理力学特性和变化规律的研究成为世界兴起的研究课题。在19世纪90年代初，A.Winkelman和O.Schott引出了热冲击阻力的理论并提出了材料抵抗热冲击能力的阻力参数的概念，至此，相关材料的热破坏理论研究逐渐备受关注。尤其对脆性性质的岩石而言，热作用下，关于大量岩石特性试验研究和理论总结出了岩石发生了强度弱化和结构变化，其中，影响强度变化的因素有温度大小、加热方案、温度升降速度等。林睦曾进行关于脆性材料的热冲击阻抗研究，研究发现脆性材料抗热破坏能力决定于材料破坏强度和材料内部最大热应力之比，并总结影响热冲击阻抗因素不仅包含材料固有特性，还与加热方式、热传导系数等有关，最后提出了热冲击阻抗学说。JANSENDP等提出岩石经过较高温度的热处理后，岩石内部矿物发生相变，裂隙范围增大，自身物理力学性质发生质变。
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本文以某大型停产矿山砂岩边坡为工程背景，选取现场形态一致的砂岩岩体，加工试验试件，对其进行高温处理和水泥浆浸泡处理及单轴压缩试验，来探究不同温度下砂岩应力-应变特征及水泥浆影响下试件的抗压强度变化规律。
1试验概况
1.1试验内容
试验采用高温处理试件和高温-浆处理2种试验模式，研究不同温度下砂岩试件应力-应变变化特征和2种模式温度-单轴抗压强度变化规律。
1.2岩样及试验设备
本次选取某大型停产矿山边坡砂岩，质地均匀，试验岩样均取自1个大岩体，经过切割机切割，加工成准5cm×10cm标准试样8个，分成4组，每组2个试样并进行编号。试样通过室内热处理，热处理装备选取MXQ系列高温炉，为了保证均匀加温，加温速率设置为5℃/min;试样单轴抗压试验设备采用MTS电液伺服单轴压力机，最大施加载荷300kN，试验中设置位移加载模式加载速率0.02mm/min，设备将自动记录试验过程中试样应力-应变变化信息。
1.3试验方案及步骤
(1)高温处理砂岩试样应力-应变
选取4组试样各1个，通过热处理设备，将试样分别加热到25℃、250℃、500℃、800℃，加载方案如图1所示，保持设计温度2h，再进行自然冷却到室温。将冷却试样放到单轴压力机上进行单轴抗压试验，采用位移加载模式，加载速率0.02mm/min，记录试样应力-应变变化。
(2)高温-浆处理砂岩应力-应变
选取剩下试样，放入已经调制好的水泥浆中，浸泡24h，达到饱和，取出试样，将试样分别加热到25℃、250℃、500℃、800℃，加载方案(见图1)，保持设计温度2h，再进行自然冷却到室温。将冷却试样放到单轴压力机上进行单轴抗压试验，采用位移加载模式，加载速率0.02mm/min，记录试样应力-应变变化。图1加温方案图
1.4试验结果与分析
(1)2种模式砂岩试样应力-应变曲线
高温(25℃、250℃、500℃、800℃)模式和高温浆模式下砂岩试样应力-应变曲线如图2所示。由图2可知，高温模式和高温-浆模式下砂岩试样在单轴应力作用下，都经过了微裂隙压实阶段、弹性阶段和应变软化阶段。对比高温度模式下砂岩试样曲线可知，与低温试样比较，高温试样随单向载荷增加，应变变化幅度增大，最大应变值减小，最大应变差值达到0.1mm，极限破坏时间加快;对比高温模式和高温-浆处理的试样应力-应变曲线可知，随载荷增加，应变增加幅度要小于同等温度模式的试样应变增加幅度，最大应变差值为0.03mm，极限破坏时间延长，上述特征说明高温度对砂岩试样破坏性较大，裂隙增加;由水泥浆填充了砂岩内部裂隙，增加了砂岩的凝聚力，改善高温度对砂岩试样的破坏性。
(2)2种模式砂岩试样单轴抗压强度对比
通过图2试样应力-应变曲线可以确定2种模式下单轴抗压强度，测定结果如表1所示，并绘制2种模式下试样单轴抗压强度对比图，如图3所示。由单轴抗压强度对比可知，随温度增高，砂岩试样极限抗压强度降低，25℃与800℃极限抗压强度差为12MPa;2种模式极限抗压强度也存在差异，高温浆模式试样极限抗压强度均高于高温模式试样极限抗压强度，最大差值为2.45MPa，上述特征说明高温使砂岩试样抗压能力弱化，裂隙范围增大，脆弱区范围增加;水泥浆改善砂岩内部结构，减少裂隙范围，增强凝聚力，缓解高温对试样抗压能力的弱化程度。
2结语
(1)高温使试样物理力学性质发生较大变化，改变试样内部结构，造成试样裂隙范围增大，导致压缩过程中，高温试样应变变化程度增大，最大应变值减小，其中高低温试样最大应变差值达到0.1mm，抵抗最大抗压能力降低，25℃与800℃极限抗压强度差为12MPa，极限破坏时间加快。
(2)相比高温模式下试样应力-应变曲线，高温浆模式下试样应力-应变过程时间长，应力变化幅度较小，最大应变值较大，最大应变差值为0.03mm，极限抗压强度增大，最大差值为2.45MPa，以上说明了泥浆能够改善砂岩试样内部结构，减少裂隙范围，增强内部结构之间凝聚力，缓解高温对试样抗压能力的弱化程度。
本文结论建立在不同温度和水泥浆对岩石结构影响，经过物理力学试验，总结出一般试样应力-应变变化特征。其中一些隐含参量(如加载次数、加载速率、冷却条件、浆体浓度等)对岩石特性都有一定影响，以后有待进一步研究。——论文作者：程士宜
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