低温环境下单裂隙岩体强度损伤及断裂特性分析

【摘要】：随着国家对寒区工程建设的投入加大以及全球气候环境恶化的加剧,寒区的工程灾害现象不断增多,日益成为影响寒区工程建设及稳定性的重大问题。岩体作为地质作用的产物,含有较多的节理、裂隙等不连续面,不连续面的存在对岩体强度及各种力学响应有较大影响。而在冻融作用下,不连续面的影响效果更为复杂。因而,必须从裂隙岩体的角度出发正确认识和解决寒区岩体出现的问题。以不同倾角(0°、45°)单裂隙岩体为研究对象,对裂隙岩体在冻融-受荷作用下的物理参数、力学强度及断裂特性进行了研究。首先基于相似模型试验的相关原理,通过设计正交试验,确定出可模拟砂岩的材料理想配合比,且制备出满足试验要求的单裂隙岩体试件;对两种倾角裂隙岩体物理参数的异同进行了比较分析,测试出不同温度下类岩石材料的热物理参数变化,分析了其相应的影响因素;通过冻融循环试验,对裂隙岩体的质量和表观变化进行了跟踪记录;利用单轴压缩试验,对裂隙岩体的强度损失及冻融损伤劣化的机理进行了系统研究;并通过数值模拟手段,对冻融循环作用下,裂隙岩体内部温度场演化及冻胀力的作用进行了模拟分析;建立了冻融循环作用后的岩体断裂准则,探究了受荷作用下裂隙岩体起裂扩展模式及其力学机制。通过相似试验、理论推导和数值模拟相结合的方法对单裂隙岩体在冻融循环作用及受荷作用下的强度损伤及断裂特性进行了研究,相应的研究成果对寒区裂隙岩体的工程设计和灾害防护具有一定的参考价值。