預(yù)應(yīng)力凍融循環(huán)耦合作用下巖石力學(xué)特性試驗研究.pdf

1、凍融侵害是寒區(qū)巖石工程面臨的重要威脅之一，影響巖石凍融的因素有很多，國內(nèi)外的學(xué)者對此已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)十年的研究，也取得了豐富的成果。然而，過去的凍融試驗研究幾乎都是針對自由巖石展開的（自由是指沒有受到外荷載作用），沒有考慮自然環(huán)境下巖體中實際存在的應(yīng)力。為了探究應(yīng)力的存在對巖石凍融的影響，本文開展了室內(nèi)預(yù)應(yīng)力凍融耦合作用下砂巖的劣化試驗研究，預(yù)應(yīng)力凍融耦合是指巖石在經(jīng)受凍融作用的同時受到一個預(yù)加應(yīng)力的作用。通過跟蹤研究凍融前后巖石的一些宏觀

2、物理量變化規(guī)律，以及強(qiáng)度變化規(guī)律，并基于假定條件下的孔隙壁應(yīng)力分析，揭示了應(yīng)力對巖石凍融的影響機(jī)制，接著以此為基礎(chǔ)，修正了寒區(qū)工程巖體質(zhì)量評價體系，并提出了使用預(yù)應(yīng)力錨索（錨桿）進(jìn)行寒區(qū)工程凍害防治的新思想。概括說來，主要做了以下研究工作：
　　1）設(shè)計制造一套預(yù)應(yīng)力加載設(shè)備，為試件施加上預(yù)定的壓力。此設(shè)備同時具備以下幾個關(guān)鍵的功能：1、提供準(zhǔn)確的高強(qiáng)壓力；2、長時間保持壓力穩(wěn)定；3、能適應(yīng)凍融的嚴(yán)酷環(huán)境；4、壓力大小能實時讀取；

3、5、小巧易用，與凍融設(shè)備兼容。
　　2）開展了飽和砂巖在5個預(yù)應(yīng)力級別（0MPa,0.75MPa,1.6MPa,3MPa,5MPa）下的凍融循環(huán)試驗，凍融循環(huán)分3批次進(jìn)行（20次,40次,60次）。在凍融前后測量試件的干質(zhì)量、飽和質(zhì)量、高度、直徑和縱波波速，研究在不同預(yù)應(yīng)力作用下的巖石在經(jīng)歷不同次數(shù)凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失，膨脹情況，孔隙率增長以及波速變化等規(guī)律，這些宏觀指標(biāo)變化可以反應(yīng)巖石的凍融劣化程度。
　　3）對各個預(yù)應(yīng)力

4、級別和各個凍融批次的巖石試樣進(jìn)行單軸壓縮試驗，研究在不同預(yù)應(yīng)力作用下的巖石在經(jīng)歷不同次數(shù)凍融循環(huán)后的強(qiáng)度、變形特征，并研究巖石的抗凍系數(shù)隨預(yù)應(yīng)力大小的變化規(guī)律；為了考察試件縱向的強(qiáng)度特征，對各個預(yù)應(yīng)力作用下經(jīng)歷40次凍融循環(huán)后的巖石進(jìn)行了劈裂試驗；另外，為了驗證巖石在三向應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度特征與單軸壓縮結(jié)果是否一致，選擇0MPa和3MPa兩個預(yù)應(yīng)力作用下經(jīng)歷60次凍融循環(huán)后的巖石進(jìn)行了三軸壓縮試驗，圍壓分5級：0、5、10、15、20MP

5、a，對比了Mohr-Coulomb和Hoek-Brown準(zhǔn)則的擬合結(jié)果。
　　4）結(jié)合試驗結(jié)果，基于孔隙為圓形通道和材料為彈性均質(zhì)體的假定，進(jìn)行了孔隙壁上的應(yīng)力分析，給出了預(yù)應(yīng)力和凍脹力共同作用下孔隙壁的破壞條件，進(jìn)而揭示了預(yù)應(yīng)力對巖石凍融的影響機(jī)制。
　　5）提出了抗凍應(yīng)力閾值的概念，指出當(dāng)施加在巖石上的預(yù)應(yīng)力達(dá)到該閾值后，巖石凍融損傷會停止；并基于對預(yù)應(yīng)力-抗凍系數(shù)關(guān)系的研究，對TSMR體系中的凍融系數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，從而提