裂隙岩体冻融损伤力学特性及多场耦合过程研究
文献类型：期刊论文
| 作者 | 康永水 |
| 刊名 | 岩石力学与工程学报
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| 出版日期 | 2012 |
| 期号 | 09页码:1944 |
| 关键词 | 岩石力学 冻岩 相变 冻融损伤 THM耦合 岩体冻胀本构模型 双重孔隙介质 冻胀裂隙 应力强度因子 扩展路径 |
| ISSN号 | 1000-6915 |
| 英文摘要 | 我国寒区分布广泛,在寒区工程建设和资源开采过程中,会遇到很多岩体工程冻融损伤破坏的问题,严重威胁着岩体工程的安全稳定,并造成巨大的经济损失。以"裂隙岩体冻融损伤力学特性及多场耦合过程"为主题,将裂隙岩体视为岩块系统和裂隙系统,通过室内试验、理论分析和数值模拟等多种手段,对涉及冻岩领域的相关问题展开研究,取得如下成果:(1)通过测试低温环境下饱和及干燥的花岗岩、白砂岩和砂质泥岩随降温产生的应变特征,研究岩石冻胀融缩效应。结果表明:在一次冻融循环内,干燥岩样发生线弹性变形,而饱水岩石的变形经历冷缩阶段、冻胀阶段、升温迟滞阶段、融缩阶段和热胀阶段等阶段。一次冻融循环内,干燥岩样未产生残余应变,而饱水岩样产生明显的残余应变。(2)基于物理化学相关理论,考虑岩体裂隙水相变的特殊性,分析水冰相变平衡物态方程,得出冰点与压力的关系,并根据能量守恒定律和功能原理推导出冻结率的表达式。提出"等效热膨胀系数法"模拟裂隙水的冻胀融缩效应,同时模拟冻胀荷载作用下夹冰(水)裂隙尖端的应力场分布,并与解析解进行对比。(3)参照岩石冻胀变形试验和相变分析的相关结论,将岩石在低温环境下的变形分解为热应变、冻胀应变和围压产生的弹塑性应变3部分,建立岩石准蠕变冻胀本构模型。引入冻胀激活单元,用以控制冻胀单元是否发生作用。以FLAC3D现有的本构模型为蓝本,运用VC++编写本构模型动态链接库文件,并借助Fish函数对冻结过程中的黏聚力、内摩擦角等力学参数进行动态调整,同时控制冻胀激活单元的工作状态。(4)运用双重孔隙介质模型理论,根据质量守恒定律、能量守恒定律及静力平衡原理,并考虑岩体水冰相变的参与,得出冻结条件下裂隙岩体的热水力(THM)耦合控制方程。通过一个含裂隙隧道低温THM耦合算例,研究低温THM耦合条件下的温度场、应力场及孔隙压力等的分布规律。(5)基于脆性断裂力学理论,分析冻胀条件下压剪复合裂纹起裂扩展判据,得出冻胀力和围压共同作用下的裂隙起裂条件、扩展方向和扩展长度公式,并分析冻胀裂隙岩桥的贯通模式。基于拓扑学相关理论,提出一种可实现二维冻胀裂隙网络扩展演化的算法,可实现扩展路径定义、扩展域单元的识别及更新、裂隙贯通判断等功能。(6)结合上述研究成果,以Chalmers理工大学试验低温储库为工程背景进行模拟,按照现场试验条件施加温度和力学边界条件,对冻结过程中的温度场、位移场等进行模拟,并与实测的变形和温度测试结果进行对比。此外,以高寒地带的乌鞘岭隧道为工程背景,对洞口端冻融环境下围岩温度场、应力场、位移场的分布规律,以及冻结状态分区等问题进行研究。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://119.78.100.198/handle/2S6PX9GI/12961]  |
| 专题 | 岩土力学所知识全产出_期刊论文 国家重点实验室知识产出_期刊论文 |
| 作者单位 | 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 康永水. 裂隙岩体冻融损伤力学特性及多场耦合过程研究[J]. 岩石力学与工程学报,2012(09):1944. |
| APA | 康永水.(2012).裂隙岩体冻融损伤力学特性及多场耦合过程研究.岩石力学与工程学报(09),1944. |
| MLA | 康永水."裂隙岩体冻融损伤力学特性及多场耦合过程研究".岩石力学与工程学报 .09(2012):1944. |
入库方式： OAI收割
来源：武汉岩土力学研究所
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