凍融循環(huán)作用下片麻巖損傷機(jī)理試驗(yàn)研究.pdf

1、中國(guó)寒區(qū)分布十分廣泛，在寒區(qū)內(nèi)存在大量的凍土，凍土包括凍結(jié)的土和巖石。寒區(qū)工程建設(shè)面臨著復(fù)雜的凍害問(wèn)題，如凍融引起的邊坡失穩(wěn)、路基不均勻沉降，隧道圍巖失穩(wěn)等，對(duì)寒區(qū)巖石的凍融損傷研究日益迫切。以片麻巖為試驗(yàn)材料，在-20℃的低溫下凍結(jié)4小時(shí)，接著在20℃的水中融解4小時(shí)，為完成一次凍融循環(huán)，本次試驗(yàn)共計(jì)進(jìn)行180次。在每完成20次凍融循環(huán)后測(cè)試片麻巖的質(zhì)量、縱波波速、極限抗壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比、巖石孔隙率、不同孔徑孔隙占比。研究了凍

2、融循環(huán)后片麻巖的物理力學(xué)損傷變化特性，并且應(yīng)用損傷力學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了巖石凍融受荷損傷本構(gòu)關(guān)系的推導(dǎo)，主要得到了以下結(jié)論:
　　1)在整個(gè)凍融循環(huán)期間，片麻巖的質(zhì)量、縱波波速隨著循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸減小。質(zhì)量損失率約為-0.12％，損失速率呈現(xiàn)出先增大，再減小，最后又逐漸增大的趨勢(shì)。巖石縱波波速衰減幅度為-3.24％，波速衰減速率呈現(xiàn)出先增大，再減小，最后趨于穩(wěn)定的規(guī)律。可見(jiàn)隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，片麻巖的密實(shí)度與完整性不斷的下降。<

3、br>　　(2)片麻巖強(qiáng)度試驗(yàn)表明，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加極限抗壓強(qiáng)度、彈性模量、凍融系數(shù)逐漸減小，泊松比、縱橫向峰值應(yīng)變逐漸增大。經(jīng)過(guò)180次凍融循環(huán)作用以后，強(qiáng)度損失率為-23.05％。彈性模量損失量接近50％，從凍融系數(shù)上來(lái)看，片麻巖呈中風(fēng)化狀態(tài)。泊松比、縱橫向峰值應(yīng)變的增長(zhǎng)率分別為141.67％、101.26％、388.42％。從單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)來(lái)看，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加壓密階段逐漸的變長(zhǎng)。
　　(3)核磁共振(N

4、uclear Magnetic Resonance)試驗(yàn)結(jié)果顯示孔隙率隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸增加，由初始的0.287％上升為1.402％，增加了388.5％。按照孔隙孔徑的大小以及占比情況定義片麻巖內(nèi)部的孔隙為:小孔徑孔隙（直徑0.01～0.1μm）、中孔徑孔隙（直徑0.1～100μm）、大孔徑孔隙（直徑100～400μm）。在整個(gè)凍融循環(huán)過(guò)程中，小孔徑與大孔徑孔隙所占的比例逐漸的上升，中孔徑孔隙所占比例逐漸下降。
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