冻胀载荷作用下饱和岩体裂隙扩展准则

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1、.....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430072；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，

2、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.KeyLab

3、oratoryofRockMechanicsinHydraulicStructuralEngineeringofMinistryofEducation，SchoolofCivilEngineeringandArchitecture，WuhanUniversity，Wuhan，Hubei430072，China；2.StateKeyLaboratoryofGeomechanicsandGeotechnicalEngineering，InstituteofRockandSoilMechanics，ChineseAcademyofSciences，Wuhan，Hub

4、ei430071，China)Abstract：ThereisavastareaofcoldregionsdistributedinChina.Theproblemsthatfreezing-thawingdamagewillseriouslythreatenthestabilityofrockengineeringneedtobesolved，whichinvolvethethermo-hydro-mechanical(THM)couplingproblematalowtemperature.Consideringthemigrationofwaterand

5、phasetransition，thedistributionsofstressfieldandstressintensityfactornearthefractureareanalyzedbyusingthetheoriesoffracturemechanicsandelastoplasticmechanics.Consideringtheeffectoftemperatureonfreezingratio，thefrostloadissimulatedbymethodofequivalentcoefficientofthermalexpansion.Fin

6、ally，themodelforfreezingfractureisestablishedwithFISHprogramtosimulatethestressfieldnearthefracture；andcomparisonsbetweennumericalandanalyticalresultsaremade.Keywords：rockmechanics；fracturedrockmass；phasetransition；frostforce；stressintensityfactor学习参考.....1引言我国寒区分布面积广泛，在寒区工程建设和资源开采过

7、程中，会遇到很多岩体工程冻融损伤破坏的难题，如寒区隧道常常出现衬砌开裂、剥落、挂冰及洞口处热融滑塌等病害，严重威胁着围岩的安全稳定[1]。规范[2]规定，最冷月平均温度低于－15℃和受冻害影响的隧道要考虑冻胀力的作用。在我国东北和西北地区的30多条铁路隧道都有冻害，有的隧道因受冻害影响常年8个多月不能使用[3]。裂隙中的水结冰时会产生约9%的体积膨胀，对裂隙面产生压力，从而导致裂隙扩展[4]。冻胀作用下岩石裂隙的应力强度因子及应力场分布是研究裂隙扩展与裂隙网络演化发展的基础。国内外许多学者通过试验和理论方法对学习参考.....冻岩问题进行了研究。E.M.Win

8、kler[5]通过试验表明，若保持孔隙