凍融巖石抗拉特性實驗及水熱力耦合分析及應(yīng)用.pdf

1、為了科學(xué)地防治寒區(qū)凍融災(zāi)害,服務(wù)于西部大開發(fā)建設(shè)工作,論文針對寒區(qū)日益增長的工程需要,以實驗研究為基礎(chǔ),分析了巖石的凍融損傷擴展力學(xué)特性;以寒區(qū)巖體隧道工程為背景,采用有限元的方法對圍巖的多場耦合問題進行計算分析,為寒區(qū)工程建設(shè)提供一定的理論基礎(chǔ)。
　　制作紅砂巖和頁巖的標準試件,進行開放飽水狀態(tài)下的凍融循環(huán)試驗(一次凍融循環(huán)溫度變化范圍為-20℃～+20℃),記錄兩種巖石的凍融損傷劣化過程和凍融破壞行為,分析其凍融耐久性;對凍融

2、前和經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)(5,10,20,40,60,100次)后的巖樣進行劈裂抗拉試驗,分析了巖性及凍融循環(huán)作用對巖石損傷及抗拉特性的影響。結(jié)果表明:紅砂巖的凍融損傷劣化模式為剝落模式和斷裂模式,而頁巖為裂紋模式;紅砂巖的凍融耐久性較差,而頁巖則相對較強;兩種巖石的劈裂抗拉強度及彈性模量均隨凍融循環(huán)次數(shù)的增大而減小,紅砂巖受凍融循環(huán)次數(shù)影響引起的損傷較頁巖大;巖石抗拉壓特性的凍融效應(yīng)具有相同的規(guī)律性,但其抗拉特性對凍融循環(huán)反映更敏感,

3、損傷劣化更顯著。
　　以青海省大坂山公路隧道為分析對象,對寒區(qū)隧道圍巖的單滲流場、溫度場、應(yīng)力場進行數(shù)值計算,分析了孔隙壓力、凍深及應(yīng)力的分布規(guī)律;進行開放系統(tǒng)條件下隧道多場耦合問題的數(shù)值計算,分析了圍巖溫度場、滲流場、應(yīng)力場的相互影響及變化規(guī)律。研究表明:寒區(qū)隧道內(nèi)壁附近區(qū)域更容易受地面溫度變化及開放通風對流的影響,其溫度、位移及應(yīng)力的變化都比較劇烈;三場耦合作用下,隨著時間的推移,隧道圍巖的凍深、位移及應(yīng)力值增大;在寒區(qū)巖體隧