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冻融岩石抗拉特性实验及水热力耦合分析及应用

陈传高

  为了科学地防治寒区冻融灾害,服务于西部大开发建设工作,论文针对寒区日益增长的工程需要,以实验研究为基础,分析了岩石的冻融损伤扩展力学特性;以寒区岩体隧道工程为背景,采用有限元的方法对围岩的多场耦合问题进行计算分析,为寒区工程建设提供一定的理论基础。 制作红砂岩和页岩的标准试件,进行开放饱水状态下的冻融循环试验(一次冻融循环温度变化范围为-20℃~+20℃),记录两种岩石的冻融损伤劣化过程和冻融破坏行为,分析其冻融耐久性;对冻融前和经历不同冻融循环次数(5,10,20,40,60,100次)后的岩样进行劈裂抗拉试验,分析了岩性及冻融循环作用对岩石损伤及抗拉特性的影响。结果表明:红砂岩的冻融损伤劣化模式为剥落模式和断裂模式,而页岩为裂纹模式;红砂岩的冻融耐久性较差,而页岩则相对较强;两种岩石的劈裂抗拉强度及弹性模量均随冻融循环次数的增大而减小,红砂岩受冻融循环次数影响引起的损伤较页岩大;岩石抗拉压特性的冻融效应具有相同的规律性,但其抗拉特性对冻融循环反映更敏感,损伤劣化更显著。 以青海省大坂山公路隧道为分析对象,对寒区隧道围岩的单渗流场、温度场、应力场进行数值计算,分析了孔隙压力、冻深及应力的分布规律;进行开放系统条件下隧道多场耦合问题的数值计算,分析了围岩温度场、渗流场、应力场的相互影响及变化规律。研究表明:寒区隧道内壁附近区域更容易受地面温度变化及开放通风对流的影响,其温度、位移及应力的变化都比较剧烈;三场耦合作用下,随着时间的推移,隧道围岩的冻深、位移及应力值增大;在寒区岩体隧道设计和施工过程中,必须考虑温度场、水分场和应力场的相互影响,必须考虑冻胀力对结构的作用;为减少寒区隧道冻融灾害,应在隧道洞口和内壁采取良好的保温措施,减小洞内外气温与围岩间的热交换。……   
[关键词]:岩石;冻融循环;力学特性;水热力耦合
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:西安科技大学2012年