凍融環(huán)境下紅砂巖物理力學(xué)特性試驗(yàn)研究.pdf

1、我國是世界上寒區(qū)面積分布最多的國家之一，永久性和季節(jié)性凍土面積約占全國陸地總面積的3/4。隨著我國寒區(qū)工程建設(shè)的日益增多，出現(xiàn)了一系列凍融巖石問題，因此研究巖石在凍融環(huán)境下的物理力學(xué)特性顯得尤為重要。論文針對(duì)寒區(qū)日益增長的工程需要，以試驗(yàn)研究為基礎(chǔ)，系統(tǒng)地研究巖石在凍融循環(huán)和圍壓作用下的物理力學(xué)特性；以寒區(qū)大型巖體工程為背景，采用有限元方法對(duì)隧道圍巖進(jìn)行溫度應(yīng)力耦合數(shù)值模擬及分析，并提出相應(yīng)的凍害防治措施，為寒區(qū)巖體工程建設(shè)提供一定的理

2、論基礎(chǔ)。
　　從現(xiàn)場取回紅砂巖巖塊，加工成?50mm?100mm的國際標(biāo)準(zhǔn)試件，進(jìn)行開放飽水狀態(tài)下的凍融循環(huán)試驗(yàn)，觀察并記錄巖石凍融損傷劣化過程及凍融破壞方式，探討巖石質(zhì)量、體積、密度、縱波波速隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律，分析凍融損傷劣化機(jī)理及其影響因素。結(jié)果表明：紅砂巖的損傷劣化模式可分為顆粒剝落、龜裂、片落及斷裂4種模式；隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，巖石的質(zhì)量、體積、密度呈先增加后減小的趨勢(shì)，縱波波速呈現(xiàn)出持續(xù)減小的趨勢(shì)。
　

3、　對(duì)經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)（0，5，10，20，40次）后的紅砂巖試件進(jìn)行4種圍壓（0MPa，2MPa，4MPa，6MPa）下的力學(xué)特性試驗(yàn)。分析不同凍融條件及不同圍壓下巖石三軸壓縮的應(yīng)力-應(yīng)變曲線、抗壓強(qiáng)度、極值應(yīng)變、彈性模量、泊松比、殘余強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角、粘聚力等隨凍融條件和圍壓的變化關(guān)系。研究表明：紅砂巖的抗壓強(qiáng)度和極值應(yīng)變隨圍壓的增大而增大，但隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，抗壓強(qiáng)度逐漸減小，極值應(yīng)變則逐漸增大；巖石的彈性模量、殘余強(qiáng)度隨著

4、圍壓的增大而增大，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而減小；泊松比隨著圍壓的增大逐漸減小，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸增大；內(nèi)摩擦角、粘聚力、抗凍性隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸減小。
　　以大阪山隧道工程為研究對(duì)象，運(yùn)用有限元方法，對(duì)隧道圍巖進(jìn)行溫度場與應(yīng)力場耦合作用下的數(shù)值模擬分析。結(jié)果表明：隨著凍融時(shí)間的增加，隧道的最大拉應(yīng)力逐漸增大，最大壓應(yīng)力逐漸減小；隧道頂部逐漸下沉，隧道底部向上的位移量逐漸增加；凍結(jié)圈的厚度逐漸增大，但增大速度隨時(shí)間