[1]闻磊,李夕兵,苏伟.冻融循环影响下金属矿山边坡坚硬岩石物理力学性质研究[J].采矿与安全工程学报,2015,04:689-696.

ISSN:1673-3363

关键词:露采金属矿山,坚硬岩石,冻融循环,物理力学特性,强度折减法

机构:中南大学资源与安全工程学院;长沙矿山研究院有限责任公司;

摘要:利用西藏玉龙铜矿边坡花岗斑岩、灰岩、石英砂岩3种典型的坚硬岩石样本进行冻融循环实验,根据矿区所在地多年气象资料、采场所处自然环境,进行冻融温度区间为-20~20℃的岩石冻融循环试验,模拟了岩石冻融过程,研究了饱水状态坚硬岩石在冻融循环作用下的质量、体积、单轴抗压强度、抗拉强度、冻融系数、风化程度的变化规律,并绘出了冻融次数与试样的抗压强度、抗拉强度、冻融系数的拟合关系曲线,为坚硬岩石冻融研究提供了试验依据。将实验结果应用于西藏玉龙铜矿花岗斑岩边坡的具体实例中,采用强度折减法计算出了矿山边坡冻融风化前、后的安全系数,为寒区露采矿山边坡的稳定性研究提供了参考。

[2]袁小清,刘红岩,刘京平.冻融荷载耦合作用下节理岩体损伤本构模型[J].岩石力学与工程学报,2015,08:1602-1611.

ISSN:1000-6915

关键词:岩石力学,节理岩体,冻融荷载,宏观缺陷,细观缺陷,损伤耦合,本构模型

机构:中国地质大学工程技术学院;西藏大学工学院;

摘要:针对寒区节理岩体,提出冻融细观损伤,受荷细观损伤与节理宏观损伤的概念。基于Lemaitre应变等效假设,推导冻融受荷条件下考虑节理岩体宏细观缺陷耦合的复合损伤变量。以完整岩石的初始损伤状态作为基准损伤状态,建立节理岩体冻融受荷损伤本构模型,引用试验资料对模型的合理性进行验证。研究结果表明:(1)岩石在冻融循环过程中引起的细观损伤是一个周期性疲劳破坏的过程,冻融细观损伤随冻融次数近似线性增加,单次冻融循环对岩石造成的损伤较小,为局部损伤;岩石在受荷过程中引起的细观损伤随应变的演化率呈不均匀分布,峰值应变处受荷损伤演化率最大。(2)预制节理对岩石造成的宏观损伤具有明显各向异性,随冻融循环次数的增加,节理岩样的宏观各向异性有所弱化,弱化程度同节理性质和冻融循环次数有关。(3)寒区受荷节理岩体的力学性能由冻融细观损伤,受荷细观损伤与节理宏观损伤及其耦合效应所决定,节理岩体冻融受荷复合损伤变量可以较好地反映节理岩体的抗冻性能。

[3]闻磊,李夕兵,吴秋红,翁磊,苏伟.冻融循环作用下花岗斑岩动载强度研究[J].岩石力学与工程学报,2015,07:1297-1306.

ISSN:1000-6915

关键词:岩石力学,冻融循环,数值模拟,HJC模型,动载强度

机构:中南大学资源与安全工程学院;长沙矿山研究院有限责任公司;

摘要:对冻融前后的花岗斑岩进行相关静态、动态力学试验,获得试样不同冻融次数下的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度、抗拉强度及冲击动载应力–应变曲线。在Holmquist-Johnson-Cook(HJC)模型参数分析的基础上,对经历不同冻融次数的花岗斑岩进行分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验模拟。结合室内试验数据与数值模拟计算结果,分析花岗斑岩动载强度与应变率及冻融次数的关系。研究结果表明:试样冻融前后动态应力–应变曲线形态有所区别,SHPB试验的反射波和透射波形态发生明显变化,相同入射波情况下试样产生不同的应变率;SHPB试验数值模拟结果与实测值吻合较好,得到的不同冻融次数下花岗斑岩HJC模型参数是可靠的,数值模拟与室内试验相结合是研究分析的有效方法,二者优势互补;花岗斑岩动态强度受冻融次数与应变率共同影响,其影响效应相反,相互耦合。岩石冻融循环作用下的动载强度研究是一项重要课题,是冻融损伤条件下岩石动态本构关系研究的基础,对解决寒区露天边坡稳定性问题具有重要意义。

[4]阎锡东,刘红岩,邢闯锋,李超.冻融循环条件下岩石弹性模量变化规律研究[J].岩土力学,2015,08:2315-2322.

ISSN:1000-7598

关键词:冻胀应力,渗透系数,裂纹扩展,弹性模量,冻融循环

机构:中国地质大学(北京)工程技术学院;中铁七局集团有限公司勘测设计院;

摘要:岩体冻融损伤机制为温度降低使岩体中的水发生相变、体积膨胀、产生冻胀力的作用,岩体中的微裂隙在冻胀力的作用下扩展延伸,温度升高时,融化的水进入新的裂隙,冻结成冰再次产生冻胀作用,反复循环使裂隙网络扩展,最终造成岩体的损伤。基于此,从弹塑性力学、断裂力学的角度出发,研究了在冻胀力的作用下单裂隙扩展特性,推导了冻胀力与裂纹扩展长度之间的关系,利用Mori-Tanaka方法建立了岩体宏观损伤量与冻胀力及冻融次数之间的关系式,讨论了岩体弹性模量与冻融次数、冻胀应力以及渗透系数的变化规律,并与试验结果进行了比较分析。结果表明,岩体在冻融循环条件下的弹性模量随冻融次数的增加呈非线性减小;冻胀应力越大,岩体弹性模量衰减越快;岩体的渗透系数越大,弹性模量衰减越慢。

[5]陈有亮,王朋,张学伟,杜曦.花岗岩在化学溶蚀和冻融循环后的力学性能试验研究[J].岩土工程学报,2014,12:2226-2235.

ISSN:1000-4548

关键词:岩石力学,化学溶蚀,冻融循环,力学性能,损伤

机构:上海理工大学土木工程系;上海建工一建集团有限公司;

摘要:通过研究花岗岩在不同化学溶液(水、Na OH溶液和HNO3溶液)中浸泡并冻融循环后的力学性能,分析了花岗岩在不同化学溶液中溶蚀及经历不同冻融循环次数后,在单轴压缩作用下基本力学性能的变化规律;从微观力学和化学机理出发,探讨了化学溶蚀和冻融循环对花岗岩的损伤机理;通过定义损伤变量,定量分析了花岗岩的损伤程度。试验结果表明,在水、Na OH和HNO3溶液中,随着冻融循环次数的增加,花岗岩的相对杨氏模量呈指数函数减小,峰值应力损失率呈幂函数增加;轴向峰值应变按Guass函数变化。随着冻融循环次数的增加,HNO3溶液中的花岗岩初期损伤劣化较大,后期损伤劣化较小,而Na OH溶液中的花岗岩初期损伤劣化较小,后期损伤劣化较大。岩石冻融损伤的过程本质上是温度产生的应力,使岩石损伤劣化的过程;同时化学溶蚀对岩石产生化学损伤作用,与冻融损伤相互促进,共同影响岩石的损伤劣化。

[6]张慧梅,张蒙军,谢祥妙,曹海波.冻融循环条件下红砂岩物理力学特性试验研究[J].太原理工大学学报,2015,01:69-74.

ISSN:1007-9432

关键词:岩石力学,冻融循环,力学特性,损伤演化

机构:西安科技大学理学院;

摘要:对采自陕西的红砂岩进行冻融循环压缩试验,以模拟红砂岩的冻融风化过程。试验共进行40次冻融循环,在冻融0,5,10,20,40次时分别测量岩样的质量、体积及其纵波波速,并对岩样进行单轴抗压试验;分析了岩石强度与应力-应变曲线及损伤扩展力学特性随冻融循环次数的变化规律。研究结果表明,随着冻融循环次数的增加,岩样的质量、密度、波速及冻融系数减小;岩样的弹性模量及强度逐渐减小,应力-应变曲线压缩性增大,弹性增长段减小,塑性增强;冻融与荷载的共同作用使岩石总损伤加剧,并最终导致岩石破坏。最后,利用陕西红砂岩物理力学特性随冻融循环的变化规律,为寒区岩土工程的建设提供相应的参考数据。

[7]刘泉声,黄诗冰,康永水,崔先泽.裂隙岩体冻融损伤研究进展与思考[J].岩石力学与工程学报,2015,03:452-471.

ISSN:1000-6915

关键词:岩石力学,裂隙岩体,水分迁移,冻胀力,冻融扩展

机构: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;武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室;

摘要:裂隙岩体具有不同于土体的结构和强度特征,现有冻土理论不能解决低温岩体裂隙冻胀开裂、扩展演化问题,冻融过程中水分迁移机制、冻胀力的量值与萌生消散机制以及裂隙冻融扩展演化机制等是研究裂隙岩体冻融损伤的关键问题。对裂隙岩体中的水分迁移机制研究应立足于微观尺度,从分凝冰理论入手,关注于未冻水膜的迁移机制。低温裂隙岩体冻融损伤程度受到裂隙中冻胀力大小控制,而冻胀力大小和裂隙冻融扩展机制与裂隙的空间位置形态、未冻水含量、冻结温度以及岩石的物理力学性质等因素有关。几十年来,对岩体冻融裂隙扩展的研究主要集中在理论模型探究、室内裂隙岩体冻融试验和现场监测分析3个方面,取得了丰硕的成果,但目前关于冻岩的研究还远未成熟,要深入揭示裂隙岩体冻融损伤演化机制,还应借助于室内试验从裂隙岩体冻融水分迁移机制入手,以探究冻胀力量值的求解方法为初步目标,进而结合岩体裂隙扩展准则研究冻胀力对岩体裂隙网络发展的影响。

[8]丁梧秀,徐桃,王鸿毅,陈建平.水化学溶液及冻融耦合作用下灰岩力学特性试验研究[J].岩石力学与工程学报,2015,05:979-985.

ISSN:1000-6915

关键词:岩石力学,水化学溶液侵蚀,冻融损伤,力学试验,耦合作用,灰岩

机构:洛阳理工学院土木工程系;中国建筑第七工程局有限公司;龙门石窟研究院;

摘要:以洛阳龙门石窟灰岩为研究对象,考虑石窟区灰岩渗水溶液的侵蚀和冬季冻融损伤的影响,进行不同水化学溶液及冻融耦合作用下的力学试验,研究龙门石窟灰岩在水化学溶液及冻融耦合作用下的力学损伤特征。试验表明,水化学溶液及冻融耦合侵蚀作用下,随着冻融循环次数的增多,灰岩的损伤逐渐增大;与水化学溶液单一的侵蚀作用相比,水化学溶液及冻融耦合侵蚀作用对岩石的损伤程度要大,如在相同的冻融循环次数(90次)的情况下,在蒸馏水、龙门水、NaCl溶液与冻融耦合作用下,试件的强度比自然状态分别下降了50.73%,54.92%,57.67%,而仅受上述溶液作用没有经历冻融的试件强度则分别下降了21.58%,22.88%和28.72%。在试验研究范围内,龙门石窟灰岩的冻融劣化模式均为颗粒损失模式。分析指出,水化学溶液及冻融耦合侵蚀作用下,溶液中凝结核的丰度和溶液的pH值是影响灰岩损伤程度的重要因素。在对试验结果分析的基础上,建立水化学溶液及冻融耦合作用下龙门石窟灰岩的侵蚀损伤方程。研究结果将为石质文物及岩石工程的长期保护提供重要的理论基础,具有广泛的实际工程应用价值和应用前景。

[9]刘泉声,黄诗冰,康永水,黄兴.岩体冻融疲劳损伤模型与评价指标研究[J].岩石力学与工程学报,2015,06:1116-1127.

ISSN:1000-6915

关键词:岩石力学,冻融循环,损伤模型,统一损伤变量,评价指标

机构: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;武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室;

摘要:岩体冻融损伤模型与评价是研究岩体经历冻胀力萌生、发展与消散反复作用后物理力学性质劣化的主要内容,现有对岩体冻融循环后的损伤评价指标主要有孔隙率、纵波波速、静动弹性模量等物理参数。冻胀力对于岩体可等效为三轴拉伸应力,首先基于三向等效拉应力建立岩体冻融疲劳损伤模型,该冻融损伤演化方程与单轴循环拉应力下的疲劳损伤方程虽然具有同样的形式,但物理意义不同。基于动弹性模量的定义,以孔隙率和纵波波速为参变量推导出了统一的损伤变量表达形式,该损伤变量不仅考虑了双物理参数的影响,还能对不同冻融循环次数下岩石的单轴抗压强度进行较好预测,可作为岩体冻融损伤的评价指标。定义动弹性模量损失40%为岩石冻融破坏临界值,利用该临界值可避免通过试验确定最大冻融循环次数,进而结合统一损伤变量对冻融疲劳损伤演化方程进行求解,最后通过2个实例说明该冻融疲劳损伤模型与评价方法的正确性和实用性。

[10] 王章琼,晏鄂川.物质组构特征对片岩冻融损伤劣化的影响[J].岩土工程学报,2015,S2:86-90.

ISSN:1000-4548

关键词:物质组构,细观结构,冻融循环,片岩,损伤机理

机构:武汉工程大学资源与土木工程学院;中国地质大学(武汉)工程学院;

摘要:目前对于岩石冻融损伤影响因素的研究主要集中在外因,而忽视了岩石物质组成、细观结构等内因。以鄂西北十房高速通省隧道武当群片岩为例,通过室内冻融循环、单轴压缩、矿物成分分析、切片偏光显微镜测试等试验,对比分析了物质组构特征(矿物成分及矿物颗粒排列情况)对片岩冻融损伤劣化特性的影响。结果表明,物质组构特征的影响主要体现在两个方面:1片理间充填矿物颗粒大小及其分布情况;2云母定向排列程度。前者对冻融损伤的影响体现在:当矿物颗粒粒径较大或分布较零散时,对片理的变形具有较强的阻挡和约束作用;反之,对片理变形的阻挡和约束作用较弱。后者对冻融损伤的影响体现在:云母定向排列程度越高,冻融循环引起的损伤劣化效果越明显,反之越不明显。研究结果对于从内因角度分析岩石冻融损伤劣化影响因素具有一定借鉴意义。

[11]成玉祥,段玉贵,李格烨,张骏,王霞.岩石冻融风化作用积累泥石流物源试验研究[J].灾害学,2015,02:46-50.

ISSN:1000-811X

关键词:高寒地区,岩石风化,砂岩,冻融试验,泥石流,物源

机构:长安大学地质工程系;地质资源与地质工程教育部重点实验室;金昌市规划设计院;

摘要:风化作用导致地表岩石的破碎,是泥石流固体物质的主要来源之一。研究岩石风化作用对于研究高原泥石流物源的积累效应和泥石流的形成机理具有重要意义。在高寒地区,地表岩石以物理风化为主。温度和水分的变化是物理风化作用的主要原因。该文选择青海省玉树州泥质砂岩,分6级不同含水率,分别开展了循环10次、20次、40次、60次、80次冻融试验,并对冻融岩样进行纵波波速测量、CT扫描和抗拉强度测量,横向比较岩石的风化程度。通过试验得出不同含水率条件下,随着冻融循环次数的增加,岩样的纵波波速、CT数和抗拉强度都呈减小的趋势。综合分析认为温差作用和冰劈效应在高寒地区岩石风化中的主要地质作用。在干燥条件下,温差作用更加明显。在含水条件下,温差风化和冰劈作用同时存在,相互促进。