冻融循环条件下节理岩体损伤破坏机理研究

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我国冻土分布广泛,主要分布于我国的西部和北部。随着我国西部大开发建设和振兴东北老工业基地等国家战略的逐步实施,未来,越来越多的公路、桥梁、隧道等工程建设将不得不面临冻土、冻岩等不良地质环境问题。关于冻岩的问题,目前国内外已有不少学者进行研究,取得了可喜的成果。然而,前人们在进行冻岩研究时没有考虑节理这种宏观裂隙对冻岩物理、力学性质的影响,而节理在天然岩石中是普遍存在的。因此,本文从预制节理试件入手,以冻融循环实验、单轴压缩实验为基础,从节理的几何特征、含水量、冻融循环次数等因素方面研究了含节理岩石的冻融循环损伤破坏机理。主要研究结论如下:(1)相比完整岩体,节理作为宏观裂隙,其存在明显加剧了岩体的冻融损伤。(2)节理的几何特征、含水量、冻融循环次数使得岩体在冻融循环过程中及单轴压缩破坏时存在以下方面的差异:岩体在冻融循环过程中裂纹的发育位置以及发育程度;冻融循环后单轴压缩时的破坏形式、材料属性、单轴压缩强度及弹性模量。(3)实验结果显示:节理岩体随着节理组数、冻融循环次数的增加,试件的冻融损伤增大,且材料脆性减弱,塑形增强;存在最佳节理厚度、最优含水量,使得试件冻融损伤情况最严重。(4)根据实验结果,拟合了相应的节理岩体损伤演化方程,并将其导入到单轴压缩损伤本构模型中,建立了考虑节理的岩体冻融损伤的损伤破坏本构模型。从所建立的模型曲线与实验曲线对比情况来看,模型曲线与实验曲线仍存在一定差异,但总体上是吻合的。
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