摘要
高海拔寒区气候变化剧烈，岩体冻融循环劣化效应显著。随着季节性冻土区域各类基础设施建设的规模扩大，岩质边坡、地基等构筑物冻害问题日益凸显，因此，明确岩石冻融损伤演化规律及内在机理，在工程和理论方面有重要意义。本文选取隧道进出口处3种岩石(砂岩、片岩、花岗岩)，通过室内试验方式，以冻融循环次数为变量，开展基本物性试验和单轴、三轴力学试验。基于测试结果，探究冻融循环作用对岩石力学参数的劣化规律，建立冻融循环作用下的岩石损伤演化方程。主要结论如下: (1)冻融循环作用造成岩石试样出现微裂纹萌生、裂缝扩展、颗粒脱落，龟裂、片落等形式的劣化现象。冻融循环90次后，3种岩性的质量增长范围为0.23 g～0.95g,孔隙率增长0.19％～0.74％，波速降幅为6.61％～13.16％,其中片岩孔隙率、纵波波速变化幅度最高，砂岩次之，花岗岩最小。 (2)冻融循环次数增加，应力-应变曲线的孔隙压密阶段延长、弹性变形阶段缩短、斜率降低，岩石破坏形式由剪切破坏转变为劈裂破坏，破坏程度增加，裂缝数增多。3种岩石破坏形式分别为:砂岩沿胶结薄弱处剪切，片岩沿层理方向劈裂，花岗岩整体碎裂。 (3)3种岩性的峰值抗压强度、弹性模量、黏聚力等力学参数值随冻融循环次数增加呈现降低趋势，其中抗压强度变化规律随冻融循环次数增加的关联性最好。90次冻融循环后，单轴抗压强度损失率为42.97％～54.12％,三轴抗压强度损失率为20.17％～53.14％。相同冻融循环次数下，高围压的力学参数损失率更低，围压增加具有抑制冻融循环劣化作用。 (4)根据力学试验测试结果，选取弹性模量作为损伤变量，结合Lemaitre应变等价原理和Weibull分布参数，建立考虑冻融荷载耦合本构模型，模型着重考虑冻融循环次数及应力条件，确定本构方程中的两个待定参数变化规律。通过试验数据对冻融损伤本构方程进行验证，结果表明该本构模型能够较好地描绘冻融荷载作用下试样的峰值强度、峰值应变、弹性变形阶段的特征。
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