1.試驗概述

1.1試驗試樣

試驗選取大足石刻周邊同一侏羅系地層的青砂巖和紅砂巖作為巖樣，XRD測試可得礦物成分主要由石英，長石，伊利石組成，如表1所示。基本物理力學參數如表2所示。在巖樣的加工過程中，首先將采集的原巖切割成30個立方體，再進行打磨，將巖樣制成50 mm×50 mm×50 mm的立方體試樣，并在其頂部中心用環氧樹脂膠結劑黏接金屬掛鉤以便試驗中量測質量的變化。

1.2試驗裝置

本次模擬砂巖毛細吸水試驗以自行設計的毛細吸水連續測量裝置為主體，如圖1所示，結合高密度電法作為電阻率測量裝置，如圖2所示。

圖1毛細吸水連續測量裝置

圖2高密度電阻率測量裝置

毛細吸水連續測量裝置由有機玻璃試驗箱、浸潤部分和稱重記錄部分組成。試驗箱預留了數個小孔，以供KE-COS-03溫濕度遠程監控儀和梁式稱重傳感器的安裝，通過在內置的溶液槽內倒入相應的飽和鹽溶液，即可使箱體內部溫濕度在預定范圍內保持相對穩定。箱體內部放置有“回”形浸潤槽及升降臺，可溶鹽溶液通過輸液管與浸潤槽相連，并在浸潤槽內側設置有5 mm深的泄液槽，保持浸潤槽內的溶液高度穩定，槽外側粘接標尺，以便觀測試樣表面毛細吸水高度的變化。安裝于箱體頂部的梁式稱重傳感器通過高強聚乙烯繩與下部試樣連接。當試樣因毛細吸水而發生質量改變時，梁式傳感器所輸出的電信號將由外部線路傳至HY-R200T多路信號記錄儀中。

本次試驗中的高密度電法測量，采用WGMD-9超級高密度電法儀作為采集系統，其由信號發射和采集主機WDA-1B和多路電極轉換器WDZJ-4組成。采用自行設計的微電極陣列作為測試電極，如圖3所示。微電極陣列由30個1 mm粗的銅針電極以5 mm間距排列而成，電極陣列全長150 mm。各電極與導電基座通過彈簧連接，有8 mm的伸縮空間，以保證電極與試樣表面密切接觸，消除因表面凹凸不平產生的測試誤差。由于試驗現象存在對稱性，故設置微電極的測深為25 mm。

圖3微電極裝置

1.3試驗方案

試驗取樣地區年平均相對濕度為70%~80%，年平均溫度約為20℃。因此，控制試驗箱內溫度為20℃。借由飽和鹽溶液對水蒸氣的動態調節特性，控制試驗箱濕度分別為65%RH和85%RH。依據大足石刻所在區域的地質條件和水質測試結果，結合《天然石材試驗方法：毛細吸水系數的測定》(GB/T 9966.13)(中華人民共和國國家標準編寫組，2021)和《天然石材試驗方法：鹽結晶強度的測定》(GB/T 9966.17)(中華人民共和國國家標準編寫組，2021)，選用青砂巖和紅砂巖，人工制備不同鹽溶液，研究孔隙結構、孔隙溶液、干濕循環和相對濕度對毛細運移和電阻率分布特性的影響。試驗方案如表3所示，在正式試驗前進行一次蒸餾水試驗作為對照，相同試驗條件開展3次平行重復。

表3試驗方案

1.4試驗步驟

試驗包含試樣的預處理及安裝，調制溫濕度，設置試驗時長，電阻率量測等關鍵步驟。

(1)試驗前先將黏接好掛鉤的試樣在105℃烘箱中烘干20 h至恒重，再轉移到干燥箱中冷卻2.0±0.5 h至室溫后，采用電子天平稱重記錄初始值。

(2)試驗箱中提前放置飽和CaCl2溶液，使箱內溫濕度穩定在20℃、85%/65%RH。用高強聚乙烯線將砂巖試樣懸掛至稱重傳感器上，待記錄儀讀數穩定后，轉動旋鈕抬升實驗臺使砂巖試樣底部浸入溶液中5±1 mm。

(3)在浸潤時間分別為3 h、6 h、10 h和24 h時刻拍攝試樣表面浸潤線高度和結晶情況，并取下試樣進行高密度電阻率測試。測試使用14個電極以斯倫貝爾陣列沿著巖樣對角線進行，測量前在電刷微電極端部涂抹少量導電脂，使電極與砂巖試樣表面良好接觸。供電電壓選用100Ⅴ直流電，供電時間，單次電阻率測試時間控制在5 min內。

(4)單次毛細吸水和電阻率測試實驗以24 h為1次循環，累積浸潤時間達到24 h后取出稱重記錄，并導出信號記錄儀的信號數據，隨后將試樣放入105℃烘箱中烘干20 h。

(5)取出烘干后試樣，放置在干燥箱中冷卻2.0±0.5 h至室溫后用毛刷輕掃表面浮鹽，收集脫落的巖屑與鹽結晶并稱重記錄。因此，一次完整的干濕循環需要總時長為47±0.5 h，其中浸潤24 h，烘干20 h，冷卻2.0±0.5 h，電阻率測試20 min，試樣轉移20 min，稱重記錄20 min。隨后采用新配置的鹽溶液重復(2)~(5)步驟，每塊試樣均進行1次蒸餾水試驗和5次鹽溶液干濕循環試驗。