摘要
随着国家对西部大开发战略的深入实施，青藏铁路、川藏公路等重大项目建设稳步进行，地质环境因素对高寒地区工程项目建设的影响逐渐得到研究且重视程度逐年增加。寒区气候恶劣，存在大量危岩带，在循环冻融的条件下危岩体的失稳具有周期较短、突发性强、范围广和破坏性强等特点，研究寒区危岩在温度-应力联合作用下的破坏机制为寒区危岩治理及防护提供理论依据，对保障寒区工程施工运营的安全具有重要意义和价值。 本文以四川省阿坝羌族藏族自治州境内梭磨河两岸高山峡谷段为背景，针对沿线危岩带，对寒区危岩破坏机制进行研究。通过室内试验、理论分析、数值模拟等方法分析了岩体强度劣化规律，揭示了温度-应力联合作用下寒区危岩的破坏机制。论文的研究内容及结论如下： （1）对岩样进行了冻融循环试验后分析试件质量和试件表面的变化情况。对冻融循环试件进行了巴西圆盘劈裂试验，分析了巴西圆盘劈裂试验荷载-位移曲线并计算抗拉强度得到冻融循环次数为0、15、30、45次时板岩试件抗拉强度各向异性系数分别为1.81、1.92、2.39、2.77，得到随着冻融循环次数增加，板岩试件抗拉强度各向异性系数在增大的结论。同时考虑片理和冻融循环对岩石断裂韧度的叠加效应，建立以冻融循环次数和片理角度为变量的板岩断裂韧度预测模型。结果表明，冻融循环次数增多时板岩试件抗拉强度各向异性系数在增大，冻融循环加深了层状岩石的片理效应。预制裂缝与片理夹角较小时，随着冻融循环次数增加，试件的断裂韧度值受冻融循环和片理效应共同作用影响更显著。 （2）基于断裂力学理论，对裂缝全充水、裂缝中的水开始冻结、裂缝充满冰以及冰开始融化等四种情况下的危岩崩塌破坏机制进行分析。以Paris公式为基础建立了对模型裂缝疲劳扩展寿命的预测公式，并通过计算对危岩裂缝的扩展过程进行了演化分析，大致对裂缝扩展过程做出预测。研究表明，初始角度和岩体断裂韧度会影响裂缝充水情况的临界开裂长度和角度；低温温度、岩体断裂韧度以及结冰长度占比等因素会导致裂缝结冰情况下临界开裂长度的变化，但对开裂角度几乎没有影响。结冰裂缝发生的大都是大范围的小型崩塌，而充水裂缝发生的则是裂缝长度大几个数量级的米级崩塌破坏。寒区裂缝扩展由冻胀力主导扩展长度，裂隙静水压力控制开裂路径，表明了冻融循环对危岩体裂缝扩展有很大的影响。 （3）基于XFEM扩展有限元方法，结合前面章节的结论，对危岩崩塌破坏过程演化进行模拟分析，与理论模型进行对比发现两者误差较小。应用第二章中的板岩断裂韧度预测模型，通过改变模型危岩体断裂韧度，模拟裂缝扩展长度的变化，amp;nbsp;分析扩展长度受断裂韧度影响的变化规律，计算分析可知裂缝扩展长度近似与板岩韧度冻融劣化系数呈（DK）-1.2的幂函数关系。分析预测寒区危岩的寿命至少在二十年以上，应及时做好应对工作。
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