岩石冻融破坏机理分析及冻融力学试验研究

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1、第24卷第17期岩石力学与工程学报Vol.24No.172005年9月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringSept.，2005岩石冻融破坏机理分析及冻融力学试验研究徐光苗，刘泉声(中国科学院武汉岩土力学研究所，湖北武汉430071)摘要：岩石的冻融破坏是寒区岩石工程中常遇到的主要病害之一。深入系统地分析了岩石受冻融循环影响的冻融破坏过程、影响因素，研究了其冻融破坏机理；通过试验研究了2种岩石的冻融破坏过程，发现了岩石的2种基本冻融破坏模式：片落模式和裂纹模式；并通过

2、在室温下(20℃)对2种饱和岩石经历不同冻融循环次数后的单轴压缩试验，得到岩石的单轴压缩强度、弹性模量分别与冻融循环次数的拟合关系表达式，为今后岩石冻融损伤及冻融断裂研究提供了可靠的试验依据。关键词：岩石力学；冻岩力学；冻融循环；单轴压缩；冻融损伤中图分类号：TU452文献标识码：A文章编号：1000–6915(2005)17–3076–07ANALYSISOFMECHANISMOFROCKFAILUREDUETOFREEZE-THAWCYCLINGANDMECHANICALTESTINGSTUDYONFROZEN

3、-THAWEDROCKSXUGuang-miao，LIUQuan-sheng(InstituteofRockandSoilMechanics，ChineseAcademyofSciences，Wuhan430071，China)Abstract：Therockfailureduetofreeze-thawweatheringisamainengineeringproblemwhichoftenoccursintherockengineeringincoldregions.Theprocessoftherockfai

4、lureduetofreezingandthawingandtheeffectfactorsaresystematicallyanalyzed，alsothemechanismofrockfailureduetofreezingandthawingisstudied.Theprocessoffreezingandthawingfailureoftwotypesofrocksisstudiedbyexperiments；andtwobasicmodesofrockdeteriorationarefound；i.e.，

5、thescalingmodeandfracturingmode.Inadditiontoprovidingreliableexperimentalfoundationforstudyingthedamageandfractureduetofreezingandthawing，theuniaxialcompressiontestsoftwotypesofrockssubjectedtodifferentcyclesoffreezingandthawingwereconductedinroomtemperature(a

6、bout20℃)；andthefittingrelationsoftheuniaxialcompressivestrengthandelasticmodulusrespectivelywiththecyclesoffreezingandthawingareformulated.Keywords：rockmechanics；mechanicsoffrozenrock；cycleoffreezingandthawing；uniaxialcompression；damageduetofreezingandthawing土

7、工程活动的增多，已经或将会越来越多地遇到寒1引言区岩石力学问题，被称之为冻岩力学。所谓冻岩力学，就是要研究含裂隙及节理等原生缺陷的岩石，我国寒区面积约占全国国土面积的75%，是世在冻结、融化及冻融循环条件下，其物理力学性质[1]界上寒区面积分布最多的国家之一。随着寒区岩宏观基本变化规律、内部水成冰引起的相变与水热收稿日期：2004–12–16；修回日期：2005–03–21基金项目：国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB12704)作者简介：徐光苗(1978–)，男，2001年毕业于长安大学地质工程与

8、测绘学院建筑工程专业，现为博士研究生，主要从事低温下岩体THM耦合及低温岩石损伤方面的研究工作。E-mail：xuguangmiao@163.com。第24卷第17期徐光苗等.岩石冻融破坏机理分析及冻融力学试验研究•3077•迁移特征，以及不同温度历史和不同含水(冰)状态为：当环境温度降低时，岩石内部的孔隙水开始发引起的岩石宏细观损伤演化规律，为寒区岩石工程