干湿循环作用下白鹤滩小坝组红层砂岩强度特性与结构损伤研究

于 越，李长冬*，洪望兵，孟 杰，付国斌

(1.中国地质大学(武汉)工程学院，湖北 武汉 430074；2.中国地质大学(武汉)湖北巴东地质灾害国家野外科学观测研究站，湖北 武汉 430074；3.浙江华东建设工程有限公司，浙江 杭州 310014)

水-岩相互作用机制与工程岩土体稳定性相关，是岩土工程领域的前沿问题[1]。大量研究表明，水-岩相互作用引起的岩石风化是物理、化学、生物等多种因素综合作用的结果[2-8]。水-岩作用导致岩石风化的外在表现为岩石的结构松散和各项参数的劣化，在水-岩相互作用各种影响因素中物理因素的影响最为普遍、直观。随着我国水利水电建设的发展，库岸边坡稳定性问题成为滑坡研究的重点问题[9]。干湿循环是影响水-岩相互作用的重要因素[10]，库水位升降导致库岸消落带岩体处于天然干湿循环状态，库水位升降过程中消落带岩体由于所处高程差异导致岩体浸水过程存在水压差，从而导致不同的浸水效果。针对干湿循环导致岩石劣化，国内外众多学者围绕干湿循环过程中岩石物理力学性质、微观结构、岩石损伤等进行了大量研究。如申培武等[11]对红层泥岩进行了干湿循环崩解试验，并引入分形理论对泥岩崩解过程中颗粒质量、粒径、形态分布特征进行了描述；马芹永等[12]对干湿循环下粉砂岩的蠕变特性进行了研究，指出随干湿循环次数的增加，粉砂岩的破坏特征呈现出由张拉破坏向剪切破坏的转化；傅晏等[13-14]开展了干湿循环条件下砂岩的室内力学试验和CT扫描试验，对干湿循环过程中砂岩力学参数的变化规律进行了函数拟合，并指出干湿循环过程中砂岩各力学参数的劣化程度存在差异性；Coombes等[15]采用扫描电子显微镜(SEM)对多种材料干湿循环作用下的风化机理进行了研究；Zhang等[16]采用三轴压缩试验、超声波速度测试、孔隙度测量、SEM等方法对三峡库区侏罗系红层砂岩干湿循环过程中的强度和变形特性进行了研究，试验结果表明第一次干湿循环对砂岩强度损伤最大，砂岩黏聚力和强度表现出了劣化的一致性，而砂岩内摩擦角与干湿循环次数无关；李明[17]、段天柱等[18]对煤系砂岩的强度损伤采用声波法进行了表征，并提出了损伤变量表征公式，取得了一系列重要成果。

本课题研究区位于白鹤滩水电站库区，白鹤滩水电站建成后将成为我国仅次于三峡水电站的第二大水电站，对我国水资源利用和能源安全具有重大的战略意义。白鹤滩水电站库区广泛分布三叠系、白垩系红层软岩，水理性质较差，蓄水后易失稳，对库区安全构成威胁，迫切需要对库区红层软岩进行力学及水理特性分析。为此，本文以白鹤滩水电站库区白垩系下统小坝组(K1x)红层砂岩为研究对象，设计了自然浸水、真空吸水两组干湿循环试验用来反映库岸消落带砂岩随库水位升降的不同浸水状态，并采用吸水试验研究了砂岩空隙的变化，采用波速法对岩石强度损伤进行表征，分析了干湿循环作用下白鹤滩水电站库区小坝组红层砂岩力学特性、空隙特性及损伤特性的变化规律。

1 试验方案

1. 1 试验材料与制备

试验岩样采用四川省宁南县白鹤滩水电站库区小坝组紫红色砂岩，砂岩的天然密度为2.629 g/cm3，天然含水率为1.013%，干密度为2.603 g/cm3。现场剥离风化层取新鲜岩石进行钻孔取样，将试样制成Φ50 mm×100 mm的标准圆柱样，对制好的岩样进行声波测速，筛除声波差异较大的岩样。

白鹤滩水电站建成后将成为我国第二大水电站，库岸消落带有几十米。对于库岸消落带岩体，库水位位于最高水位时，消落带上部岩体与下部岩体浸水会受到不同的水压，从而导致不同的浸水效果。“自然浸水”和“真空吸水”分别是对库岸消落带上部岩体和下部岩体不同浸水状况的放大。因此，在室内样品处理过程中将圆柱样分为自然浸水组和真空吸水组两大组，每一大组又分为5小组，每小组3块岩样；另用3组，每组3块岩样做初始干样、初始自然浸水样、初始真空吸水样单轴压缩试验，共计39个岩样，如图1所示。

图1 白鹤滩水电站库区小坝组红层砂岩岩样Fig.1 Red sandstone samples of Xiaoba formation in Baihetan hydropower station reservoir region

将获取的岩样进行X射线衍射(XRD)分析,得到研究区小坝组红层砂岩的矿物含量,见图2。

图2 白鹤滩水电站库区小坝组红层砂岩的矿物含量Fig.2 Red sandstone mineral content of Xiaoba formation in Baihetan hydropower station reservoir region

由图2可见，研究区小坝组砂岩中黏土矿物的含量较高，为36.6%，说明其易受水的作用影响发生强度劣化。

1. 2 试验仪器与试验方案

研究区小坝组红层砂岩岩样的单轴压缩试验、CT扫描试验、超声波测速试验分别采用中国地质大学(武汉)INSTRON-1346型电液伺服岩石实验系统、通用电气公司phoenix v|tome|x s工业CT和Sonic Viewer-SX波速仪。

首先,将小坝组砂岩岩样分组、编号并测量尺寸；然后，参照国家标准《工程岩体试验方法标准》(GB/T 50266—2013)[19]，将岩样放置于105℃烘箱中烘干24 h后取出放入干燥箱中冷却后称重(ms)，测定此时波速为初始波速，而后取初始干燥岩样组做单轴压缩试验，得到初始干岩样的应力-应变曲线和单轴抗压强度。其中，自然浸水组及初始自然浸水组岩样采用自然浸水饱和：将试样放入水槽中，先注水至试样高度1/4处，以后每隔2 h注水，使水量分别为浸至试样高度的1/2、3/4处，6 h后试样全部浸没并使水面高出试样1～2 cm，继续浸泡48 h后取出试样，取初始自然浸水组做单轴压缩试验，得到自然浸水状态下岩样的初始单轴抗压强度；真空吸水组和初始真空吸水组岩样采用抽真空法真空吸水饱和：将试样先采用上述自然浸水法饱和后取出沾去表面水分并称重(m1)，再将试样放入抽真空容器中，并使水面高于试样，密封真空容器并抽真空，使得真空压力表读数达到100 kPa，直至试样不再冒出气泡，持续抽真空4 h，再将抽真空后的试样在原容器中标准大气压下静置4 h，取出后沾去表面水分并称重(m2)，随后将初始真空吸水组岩样取出做单轴压缩试验，得到真空吸水状态下岩样的初始单轴抗压强度。完成上述步骤后将岩样取出放入105℃烘箱烘干24 h后放入干燥箱中冷却称重(ms)并测其波速，而后两大组岩样分别按上述方法进行饱和并称重，此为一次干湿循环。岩样每次干湿循环后都测波速并称重，第1次、3次、6次、10次、15次干湿循环后取饱和岩样进行单轴压缩试验。对小坝组砂岩不同浸水条件、不同干湿循环次数的岩样进行单轴压缩试验后再对岩样进行CT扫描试验，得到自然浸水和真空吸水两种饱水条件下不同干湿循环次数的小坝组砂岩岩样破裂面扩展的CT图像。最后，将得到的CT图像利用VGStudio MAX对砂岩破裂面扩展情况进行提取，再进一步计算砂岩破裂面的分形维数[20]。

2 干湿循环作用下小坝组红层砂岩的力学与空隙特性

干湿循环伴随着一系列微观的物理化学作用，导致岩体的力学特性发生劣化，且随着干湿循环次数的增加岩体的劣化损伤会发生累积。本文利用单轴压缩试验对小坝组红层砂岩的单轴抗压强度σ、弹性模量E、泊松比μ等进行研究，探究干湿循环作用对小坝组红层砂岩力学特性变化规律的影响。

2. 1 不同干湿循环次数下砂岩的应力-应变曲线

两种饱水方式不同干湿循环次数下小坝组红层砂岩的应力-应变曲线，见图3。

图3 两种饱水方式不同干湿循环次数下小坝组红层 砂岩的应力-应变曲线Fig.3 Stress-strain curves of red sandstone in Xiaoba formation under two saturation modes and different numbers of wetting-drying cycles

由图3可知：干燥状态下小坝组砂岩的应力-应变曲线类型近似为弹性型，饱和状态下其应力-应变曲线类型为弹塑性型，近似无孔隙裂隙压密阶段，反映该岩石孔隙及微裂隙发育不显著；小坝组砂岩岩样饱和后单轴抗压强度降幅较大，反映该岩石具有较强的软化性；自然浸水岩样的应力-应变曲线斜率(弹性模量)随干湿循环次数的变化较真空吸水岩样分布均匀，表明真空吸水方式能更快、更彻底地使岩样达到饱和状态；真空吸水岩样第15次干湿循环的应力-应变曲线斜率降低较大，表明岩样力学特性发生了显著劣化。

2.2 砂岩力学特性随干湿循环次数n的变化规律

采用自然浸水和真空吸水两种饱水方式不同干湿循环次数下小坝组红层砂岩岩样的单轴压缩试验结果，见表1。其中，岩样单轴抗压强度σc取每小组3个岩样单轴抗压强度的平均值；岩样弹性模量E和泊松比μ均为岩石伺服实验系统自动计算得出。

表1 两种饱水方式不同干湿循环次数下小坝组红层砂岩的单轴压缩试验结果

两种饱水方式下小坝组红层砂岩的力学参数(单轴抗压强度σc、弹性模量E和泊松比μ)随干湿循环次数n的变化曲线以及阶段力学参数减小量变化图，见图4。

图4 两种饱水方式下小坝组红层砂岩力学参数随 干湿循环次数n的变化图Fig.4 Changes of mechanical parameters of Xiaoba formation red sandstone with numbers of wetting-drying cycles n under different saturation modes

由图4可以看出：

(1) 两种不同饱水方式下小坝组砂岩岩样的单轴抗压强度随干湿循环次数n的变化规律表现出了一致性，大致可分为3个阶段：在前10次干湿循环过程中只有第1次干湿循环岩样的单轴抗压强度降低幅度较大，为陡降阶段；其后各次干湿循环岩样的单轴抗压强度降低幅度趋缓，为缓降阶段(真空吸水方式导致岩样的单轴抗压强度的减小量更大，在第6次至第10次干湿循环之间，岩样的单轴抗压强度进入平稳阶段，基本保持在一定误差范围内浮动变化)；第15次干湿循环岩样的单轴抗压强度降低幅度较第10次干湿循环岩样大，且真空吸水岩样的单轴抗压强度降幅大于自然浸水岩样，表明在第10次至第15次干湿循环之间两种不同浸水方式岩样的单轴抗压强度出现了拐点，为转折阶段。

(2) 两种饱水方式下小坝组砂岩岩样的弹性模量E随干湿循环次数n的变化曲线与σc-n曲线表现出了规律上的一致性：两种饱水方式下前10次干湿循环中第1次干湿循环使得岩样的弹性模量E降低幅度较大，以后随着干湿循环次数的增加岩样的弹性模量趋于平稳，第15次干湿循环岩样的弹性模量出现较大幅度降低，同样在第10次与第15次干湿循环之间岩样的弹性模量E出现拐点。

(3) 小坝组砂岩岩样的泊松比μ随干湿循次数n的增加并未发生明显改变，且两种浸水方式下岩样的泊松比并无明显差异。

2.3 砂岩空隙特性随干湿循环次数n的变化规律

岩石中存在大大小小的空隙，岩石的空隙可分为孔隙和裂隙；根据岩石空隙与外界的连通情况又可分为开空隙和闭空隙；岩石的开空隙根据开启程度又分为大开空隙和小开空隙。岩石的开空隙主要通过岩石吸水试验来测得，具体计算公式如下[21]：

(1)

(2)

(3)

(4)

na=n0-nb

(5)

式中：ωa为岩石的自然吸水率(%)；ωp为岩石的真空饱和吸水率(%)；n0为岩石的总开空隙率(%)；nb为岩石的大开空隙率(%)；na为岩石的小开空隙率(%)；ms为岩石的干质量(g)；m1为岩石浸水48 h后的质量(g)；m2为岩石抽真空饱和后的质量(g)；ρd为岩样干密度(g/cm3)；ρω为水的密度，取1 g/cm3。

不同干湿循环次数下小坝组红层砂岩空隙率的变化曲线，见图5。

图5 不同干湿循环次数下小坝组红层砂岩空隙率的 变化曲线Fig.5 Xiaoba formation red sandstone void fraction change curves under different numbers of wetting-drying cycles

由图5可以看出：小坝组砂岩的总开空隙率、大开空隙率、小开空隙率均与干湿循环次数n呈正相关关系，且其总开空隙率、大开空隙率与n可以较好地用线性函数进行拟合，但砂岩的小开空隙率与n的线性关系不明显；小坝组砂岩大开空隙率的拟合线较小开空隙率的拟合线陡峭，表明随干湿循环次数的增加砂岩大开空隙的增长更为迅速。

2. 4 砂岩空隙对其力学特性的影响

空隙的增加会使岩石结构变得松散，因而岩石的空隙发育会使岩石的力学特性发生劣化。由图5可知，小坝组砂岩总开空隙率n0随干湿循环次数n呈线性增加，砂岩大开空隙率nb拟合线的斜率为0.050 33，砂岩小开空隙率na拟合线的斜率为0.018 17，表明随干湿循环次数的增加大开空隙对小坝组砂岩强度劣化的贡献大于小开空隙。

3 干湿循环作用下小坝组红层砂岩强度劣化及损伤特性

3.1 基于CT扫描的砂岩破裂面分形维数分析

针对干湿循环作用下小坝组红层砂岩强度损伤特性进行了三维重建分析，其结果见图6。

图6 干湿循环作用下小坝组红层砂岩破坏试样原始 扫描纵断面图Fig.6 Original scan profile of the damaged specimen of Xiaoba formation red sandstone under wetting-drying cycles

由图6可见：随着干湿循环的进行，小坝组砂岩试样在单轴压缩下的破坏模式逐渐由局部破坏转变为贯通破坏，最后发展成X型贯通破坏；当干湿循环次数增加，试样经加载发生破坏后，纵断面中识别出的裂隙数量显著增加，且更加复杂；两种不同饱水方式下的岩样展现了相似的破坏特征，需进一步对其三维破裂面的分形维数进行分析。

干湿循环作用下小坝组砂岩单轴压缩破裂面三维重构图和两种饱水方式不同干湿循环次数下小坝组红层砂岩单轴压缩破裂面的分形维数，见图7和图8。

图7 干湿循环作用下小坝组红层砂岩单轴压缩破裂面 三维重构图Fig.7 Three-dimensional reconstruction of the fracture surface of Xiaoba formation red sandstone under uniaxial compression and different numbers of wetting-drying cycles

图8 两种饱水方式不同干湿循环次数下小坝组红层 砂岩单轴压缩破裂面的分形维数Fig.8 Fractal dimension of Xiaoba formation red sandstone fracture surface under uniaxial compression under different numbers of wetting-drying cycles under two saturation modes

由图7和图8可知：两种饱水方式下小坝组砂岩岩样单轴压缩破裂面的分形维数均随干湿循环次数n的增加而增大，从干湿循环次数0次至15次真空吸水岩样单轴压缩破裂面的分形维数由2.29增加至2.54，自然浸水岩样由2.27增加至2.47，这表明随着干湿循环的进行小坝组砂岩单轴压缩破裂面的不规则程度增加，破裂面逐渐趋于复杂；随着干湿循环次数的增加两种岩样单轴压缩破裂面的分形维数增速均放缓；随干湿循环的进行真空吸水岩样破裂面的分形维数大于自然浸水岩样，两者之间的差值随干湿循环的进行表现出先增大后减小的趋势，这表明两种浸水方式对小坝组砂岩单轴压缩破裂面扩展的影响程度差异表现出先增大后减小的变化规律，即真空吸水加速了干湿循环对岩样的影响，但这种影响随干湿循环次数增加到一定次数后会减小。

3. 2 干湿循环过程中砂岩波速变化规律分析

两种饱和方式下小坝组红层砂岩波速随干湿循环次数n的变化曲线以及阶段波速减小量图，见图9。

图9 两种饱水方式下小坝组红层砂岩波速随干湿 循环次数n的变化图Fig.9 Changes of wave velocity of Xiaoba formation red sandstone with numbers of wetting-drying cycles n under two saturation modes

由图9可以看出:随干湿循环次数n的增加，小坝组砂岩纵波和横波波速都呈下降趋势，且前两次干湿循环次数下砂岩纵波和横波波速下降幅度最大，而后下降趋于平缓；对于自然浸水岩样，随着干湿循环次数n从0次至15次，岩样纵波波速降幅为12.64%，岩样横波波速降幅为8.07%，对于真空吸水岩样，随着干湿循环次数n从0次至15次，岩样纵波波速降幅为17.07%，岩样横波波速降幅为9.16%，表明干湿循环对小坝组砂岩纵波波速的劣化作用更显著，真空吸水加剧了小坝组砂岩干湿循环过程中的强度劣化；两种饱和方式下岩样横波和纵波波速随干湿循环次数n的变化曲线均出现了拐点，这与岩样单轴压缩试验结果具有一致性，表明随干湿循环的进行、空隙的增加，岩样结构发生了性质上的改变，且真空吸水岩样较自然浸水岩样更早到达曲线拐点，反映在实际工况中便是库岸消落带不同高程岩体的差异性风化，此拐点对于库岸边坡稳定性评价具有重要的意义。

3. 3 干湿循环对砂岩累积损伤规律分析

岩石损伤可以用岩石损伤变量来表示，岩石损伤变量作为一个热力学内变量，无法通过试验直接测量[22]，而弹性波的变化可以较好地反映岩石的损伤劣化，在工程研究领域已得到广泛的应用。根据波动理论，在均质连续各向同性弹性介质中纵波波速vp和横波波速vs可用下面公式表示[21]：

(6)

(7)

联立公式(6)、(7)，可得：

(8)

(9)

(10)

式中：Ed为岩石的动弹性模量(GPa)；μd为岩石的动泊松比；Gd为动剪切模量(GPa);ρ为岩石的密度(g/cm3)；vp为岩石的纵波波速(km/s)；vs为岩石的横波波速(km/s)。

依据岩石损伤力学，研究区小坝组砂岩损伤变量D可用下式来表示：

(11)

式中：D为岩石损伤变量；S为初始岩石参数值；Sn为损伤后岩石参数值。

由公式(11)可知,Ed、μd、Gd都可以用来定义岩石损伤变量；由公式(8)、(9)、(10)可知，μd只与vp、vs相关，而Ed、Gd皆与ρ相关，vp、vs、ρ都与岩石的结构相关，同时出现在岩石损伤变量定义公式中不容易控制。砂岩属于沉积岩，普遍具有层理结构，实际具有各向异性，因而导致在实际的砂岩波速测量中公式(9)一般不可实现。前文所述的砂岩单轴压缩试验，砂岩密度和泊松比没有明显改变，可近似设为定值，依据公式(8)、(10)本文定义小坝组砂岩随干湿循环产生纵向损伤和横向损伤的累积损伤变量如下：

(12)

(13)

式中：Dvn、Dhn分别为第n次干湿循环后岩石的纵向和横向损伤变量；Ed0、Edn分别为岩石的初始动弹性模量和第n次干湿循环后岩石的动弹性模量(GPa)；Gd0和Gdn分别为岩石的初始动剪切模量和第n次干湿循环后岩石的动剪切模量(GPa)；vp0、vs0、vpn和vsn分别为岩石的初始纵波波速、岩石的初始横波波速、第n次干湿循环后岩石的纵波波速和第n次干湿循环后岩石的横波波速(km/s)。

采用波速法得到两种饱水方式下小坝组红层砂岩损伤变量随干湿循环次数n的变化曲线以及阶段损伤变量增加量变化图，见图10。

图10 两种饱水方式下小坝组红层砂岩损伤变量随干湿 循环次数n的变化曲线Fig.10 Changes of damage variables of Xiaoba formation red sandstone with numbers of wetting-drying cycles n under two saturation modes

由图10可知，小坝组砂岩岩样纵向损伤变量和横向损伤变量具有一致的变化规律：前两次干湿循环后岩样的损伤变量陡增其后趋于平缓递增，其中自然浸水岩样的损伤变量曲线在第13次干湿循环后出现转折，且岩样损伤变量增速加快，真空吸水岩样的损伤变量曲线在第12次干湿循环后出现转折；真空吸水岩样的损伤变量普遍大于自然浸水岩样，表明真空吸水加剧了岩石的损伤；干湿循环次数n从0次至15次，自然浸水岩样的纵向损伤变量Dvn增加0.237、横向损伤变量Dhn增加0.155，真空吸水岩样的Dvn增加0.312、Dhn增加0.175，表明干湿循环对岩样纵向损伤更为显著，且真空吸水加深了岩石的损伤。

4 小坝组红层砂岩强度劣化机制分析

小坝组红层砂岩单轴抗压强度σc随干湿循环次数n的变化在初次干湿循环时快速下降，而后趋于稳定，在n达到一定次数后砂岩强度劣化出现拐点，结合波速随n的变化曲线可以确定两种不同饱水方式小坝组砂岩岩样强度劣化的拐点。Zhang等[16]在干湿循环试验中未发现岩石强度劣化的拐点，这与岩石的水稳性有关，岩石的水稳性越差后自然浸水越早出现强度劣化拐点；相同n下真空吸水岩样的σc大于自然浸水岩样，这是因为自然浸水由于水压不足只能填充岩样大开空隙，而真空吸水岩样大开空隙、小开空隙都可被水分填充从而使得其含水量增大，降低了岩样的单轴抗压强度σc；此外，真空吸水加大了水分和岩石的有效接触面积，加剧了砂岩的强度劣化。

干湿循环过程中砂岩n0与n、nb与n均呈明显的线性关系，砂岩na与n的线性关系不显著，nb大于na且nb随n的增速大于na随n的增速，表明在砂岩强度劣化过程中大开空隙的作用较小开空隙显著，这是由于真空吸水饱和过程使得水分被压入岩石小开空隙造成不可逆的岩石损伤，从而促进岩样小开空隙向大开空隙的转化。由吸水试验原理可知，两种饱水岩样的饱和含水率与空隙率具有规律上的一致性，当空隙发展到一定程度后在空隙和水分的共同作用下砂岩出现质的改变也就是出现砂岩强度劣化的拐点。

干湿循环作用对小坝组砂岩结构产生了影响，从而使得砂岩破裂面的破碎程度随干湿循环次数的增加而增大。波速试验结果表明，干湿循环作用对小坝组砂岩的纵向损伤大于横向损伤，这是由于砂岩为沉积岩具有层理构造，层理为潜在的结构面，当纵波穿越结构面时会引起波动能量耗散和能量弥散，因此干湿循环作用对层理结构的劣化大于不含层理部分，从而导致干湿循环对砂岩岩样的纵向损伤与横向损伤存在差异。

5 结 论

本文通过单轴压缩试验、吸水试验、CT扫描试验、波速试验对白鹤滩水电站库区小坝组红层砂岩在干湿循环条件下的力学性质变化规律、空隙变化规律、破裂面分形维数、波速法累积损伤进行了研究，得到的试验结果可互相验证补充，主要结论如下：

(1) 通过不同饱水方式下小坝组红层砂岩的单轴压缩试验，分析了砂岩岩样单轴压缩应力-应变曲线的变化特征以及单轴抗压强度、弹性模量、泊松比等参数的变化规律，得出小坝组砂岩单轴抗压强度随干温循环次数n的变化规律，即：第一次干湿循环砂岩的单轴抗压强度下降最快，而后趋于平缓，在n达到10次至15次之间时岩样的单轴抗压强度出现拐点。

(2) 小坝组砂岩空隙率随n的增加而增加，岩样的总开空隙率和大开空隙率随n呈现线性增加，岩样的小开空隙率随n的线性关系不明显；岩样的大开空隙率随n的增速大于小开空隙率随n的增速，表明大开空隙率在小坝组砂岩强度劣化中发挥了主导作用。对于小坝组饱和岩样，随着n的增加开空隙增加，水分填充开空隙，岩样单轴抗压强度随n的变化规律为空隙和含水率综合作用的结果。

(3) 随着干湿循环进行，小坝组砂岩单轴压缩破裂面的分形维数增大，压裂后试样更加破碎，表明干湿循环作用使得砂岩结构显著劣化。

(4) 小坝组砂岩波速随n的变化规律与砂岩单轴抗压强度随n的变化规律表现出一致性，波速法能较好地表征小坝组砂岩岩样结构的损伤；自然浸水岩样在第13次干湿循环后波速出现拐点，真空吸水岩样在第12次干湿循环后波速出现拐点，真空吸水饱和使得岩样更快到达拐点，加速了小坝组砂岩的强度劣化；干湿循环对小坝组砂岩的纵向损伤大于横向损伤，这是由于小坝组砂岩具层理构造，随n的增加层理构造损伤更大，增大了纵波通过层理构造面时能量消耗和弥散，这是造成小坝组砂岩的纵向损伤大于横向损伤的原因。