冻结岩体单裂隙应力场分析及热–力耦合模拟

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1、第30卷第2期刘泉声，等.冻结岩体单裂隙应力场分析及热–力耦合模拟•223•膂膃莂螃肈膂蒅羈羄膂蚇螁羀膁蝿蚄艿膀葿衿膅腿薁蚂肁膈蚃袈羇膇莃蚀袃芇蒅袆膁芆薈虿肇芅螀袄肃芄蒀螇罿芃薂羂袅节蚄螅膄芁莄羁肀芁蒆螄羆莀蕿罿袂荿蚁螂膀莈莁薅膆莇薃袀肂莆蚅蚃羈莅莅袈袄莅蒇蚁膃蒄蕿袇聿蒃蚂蚀羅蒂莁袅袁蒁薄蚈芀蒀蚆羃膆葿螈螆肂葿蒈羂羈肅薀螄袄肄蚃羀膂膃莂螃肈膂蒅羈羄膂蚇螁羀膁蝿蚄艿膀葿衿膅腿薁蚂肁膈蚃袈羇膇莃蚀袃芇蒅袆膁芆薈虿肇芅螀袄肃芄蒀螇罿芃薂羂袅节蚄螅膄芁莄羁肀芁蒆螄羆莀蕿罿袂荿蚁螂膀莈莁薅膆莇薃袀肂莆蚅蚃羈莅莅袈袄莅蒇蚁膃蒄蕿袇聿蒃蚂蚀羅蒂莁袅袁蒁薄蚈芀蒀蚆羃膆葿螈

2、螆肂葿蒈羂羈肅薀螄袄肄蚃羀膂膃莂螃肈膂蒅羈羄膂蚇螁羀膁蝿蚄艿膀葿衿膅腿薁蚂肁膈蚃袈羇膇莃蚀袃芇蒅袆膁芆薈虿肇芅螀袄肃芄蒀螇罿芃薂羂袅节蚄螅膄芁莄羁肀芁蒆螄羆莀蕿罿袂荿蚁螂膀莈莁薅膆莇薃袀肂莆蚅蚃羈莅莅袈袄莅蒇蚁膃蒄蕿袇聿蒃蚂蚀羅蒂莁袅袁蒁薄蚈芀蒀蚆羃膆葿螈螆肂葿蒈羂羈肅薀螄袄肄蚃羀膂膃莂螃肈膂蒅羈羄膂蚇螁羀膁蝿蚄艿膀葿衿膅腿薁蚂肁膈蚃袈羇膇莃蚀袃芇蒅袆膁芆薈虿肇芅螀袄肃芄蒀螇罿芃薂羂袅节蚄螅膄芁莄羁肀芁蒆螄羆冻结岩体单裂隙应力场分析及热–力耦合模拟刘泉声1，2，康永水2，刘小燕1(1.武汉大学土木建筑工程学院水工岩石力学教育部重点实验室，湖北武汉43007

3、2；2.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，湖北武汉430071)摘要：我国寒区分布面积广泛，岩体冻融损伤问题涉及低温环境下温度场、渗流场和应力场的耦合，严重威胁着寒区岩体工程的安全稳定。在考虑水分迁移的条件下，以水冰相变为切入点，结合断裂力学、弹塑性力学理论，分析冻胀荷载作用下饱和岩体裂隙应力场分布规律与尖端应力强度因子。考虑温度对冻结率的影响，采用等效热膨胀系数法模拟冻胀荷载，运用FLAC3D软件建立单裂隙冻胀热–力耦合模型，编制FISH程序进行计算，得出冻胀作用下裂隙附近应力场分布，并与理论值进行对比分析。关键词：岩石力学；裂隙

4、岩体；相变；冻胀力；应力强度因子中图分类号：TU45文献标识码：A文章编号：1000–6915(2011)02–0217–07ANALYSISOFSTRESSFIELDANDCOUPLEDTHERMO-MECHANICALSIMULATIONOFSINGLE-FRACTUREFREEZEDROCKMASSESLIUQuansheng1，2，KANGYongshui2，LIUXiaoyan1(1.KeyLaboratoryofRockMechanicsinHydraulicStructuralEngineeringofMinistryofEducation，

5、SchoolofCivilEngineeringandArchitecture，WuhanUniversity，Wuhan，Hubei430072，China；2.StateKeyLaboratoryofGeomechanicsandGeotechnicalEngineering，InstituteofRockandSoilMechanics，ChineseAcademyofSciences，Wuhan，Hubei430071，China)Abstract：ThereisavastareaofcoldregionsdistributedinChina.Th

6、eproblemsthatfreezing-thawingdamagewillseriouslythreatenthestabilityofrockengineeringneedtobesolved，whichinvolvethethermo-hydro-mechanical(THM)couplingproblematalowtemperature.Consideringthemigrationofwaterandphasetransition，thedistributionsofstressfieldandstressintensityfactornea

7、rthefractureareanalyzedbyusingthetheoriesoffracturemechanicsandelastoplasticmechanics.Consideringtheeffectoftemperatureonfreezingratio，thefrostloadissimulatedbymethodofequivalentcoefficientofthermalexpansion.Finally，themodelforfreezingfractureisestablishedwithFISHprogramtosimulate

8、thestressfieldnearthefracture；and