裂隙巖體凍融損傷力學特性試驗及破壞機制研究.pdf

1、在寒區(qū)由于反復的凍融作用而誘發(fā)凍脹融沉、泥石流、滑坡、塌陷等一系列的凍融災害。節(jié)理裂隙巖體是壩基、邊坡、地下硐室等寒區(qū)巖體工程中普遍存在的一類復雜介質，由于反復凍融而引起其強度損傷劣化、變形的不斷增大，將直接影響巖體工程的設計與施工，以及投入使用后的正常運營。隨著大量興起的西部寒區(qū)工程建設，越來越多的凍融巖土工程問題亟待解決。本文緊密圍繞裂隙巖體凍融損傷力學特性以及斷裂破壞機理開展研究，采用在模型材料中預制裂隙的方法來模擬節(jié)理巖體，通過

2、凍融循環(huán)試驗和單軸以及三軸壓縮試驗，探討裂隙巖體的凍融損傷力學特性，分析在凍融-荷載耦合作用下裂隙巖體中微裂紋的萌生、擴展、搭接、貫通及相互作用的演化過程及力學損傷演化機理，建立裂隙巖體在凍融和荷載耦合作用下的損傷演化方程和本構關系，提出凍融裂隙巖體損傷斷裂準則和起裂判據，以新疆天山公路凍融巖質邊坡工程為背景，結合試驗成果和理論推導進行邊坡工程實例的計算分析。本文主要研究研究工作與獲得的有益認識如下:
　　(1)根據相似理論，結合

3、現場巖體力學特性，成功配制類巖石相似模型材料-水泥硅粉砂漿材料;采用在模型材料中預制裂隙的方法來模擬節(jié)理巖體，共制作完整巖樣以及具有不同幾何特征的裂隙巖樣10種。
　　(2)對預制裂隙巖樣進行不同凍融循環(huán)次數的凍融試驗和單軸壓縮試驗，分析裂隙幾何參數（裂隙長度、裂隙傾角、裂隙數目）對凍融裂隙巖體力學性能的影響，并對凍融裂隙巖樣的破壞機制進行探討，總結歸納出裂隙巖體的三種損傷模式:顆粒散落模式、龜裂模式和沿預制裂隙斷裂模式。

4、　　(3)分析裂隙巖體凍融損傷的影響因素，將其分為外因、內因和其它因素;基于細觀損傷理論和宏觀統計損傷模型，建立了由三部分損傷（凍融引起的損傷、外荷引起的損傷和凍融與荷載耦合作用引起的損傷）引起的凍融裂隙巖體損傷演化方程，探討在凍融和荷載耦合作用下裂隙巖體的損傷劣化機制，推導出裂隙巖體在經歷凍融和荷載雙重作用下的損傷本構模型。
　　(4)通過凍融裂隙試驗進行三軸壓縮試驗，研究經歷不同凍融循環(huán)次數的裂隙巖樣在不同圍壓下的力學特性，分

5、析不同凍融循環(huán)次數，不同圍壓下裂隙的分布對巖樣力學性質的影響規(guī)律。
　　(5)基于損傷斷裂力學基本理論，推導出拉剪和壓剪復合作用下凍融裂隙巖體裂紋擴展準則，建立在凍脹和圍壓共同作用下裂紋起裂的條件、擴展方向和擴展長度的計算公式，提出凍融作用下裂隙巖體的應力強度因子。
　　(6)結合裂隙巖樣室內凍融循環(huán)試驗和力學試驗的研究成果，對天山公路一段典型的巖質邊坡進行數值模擬計算，分析在經過數次凍融循環(huán)次數后，此巖質邊坡的位移、最大主