預應力凍融循環耦合作用下巖石力學特性試驗研究.pdf

1、凍融侵害是寒區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，國內外的學者對此已經進行了數十年的研究，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），沒有考慮自然環境下巖體中實際存在的應力。為了探究應力的存在對巖石凍融的影響，本文開展了室內預應力凍融耦合作用下砂巖的劣化試驗研究，預應力凍融耦合是指巖石在經受凍融作用的同時受到一個預加應力的作用。通過跟蹤研究凍融前后巖石的一些宏觀

2、物理量變化規律，以及強度變化規律，并基于假定條件下的孔隙壁應力分析，揭示了應力對巖石凍融的影響機制，接著以此為基礎，修正了寒區工程巖體質量評價體系，并提出了使用預應力錨索（錨桿）進行寒區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）設計制造一套預應力加載設備，為試件施加上預定的壓力。此設備同時具備以下幾個關鍵的功能：1、提供準確的高強壓力；2、長時間保持壓力穩定；3、能適應凍融的嚴酷環境；4、壓力大小能實時讀??；

3、5、小巧易用，與凍融設備兼容。
　　2）開展了飽和砂巖在5個預應力級別（0MPa,0.75MPa,1.6MPa,3MPa,5MPa）下的凍融循環試驗，凍融循環分3批次進行（20次,40次,60次）。在凍融前后測量試件的干質量、飽和質量、高度、直徑和縱波波速，研究在不同預應力作用下的巖石在經歷不同次數凍融循環后的質量損失，膨脹情況，孔隙率增長以及波速變化等規律，這些宏觀指標變化可以反應巖石的凍融劣化程度。
　　3）對各個預應力

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

5、a，對比了Mohr-Coulomb和Hoek-Brown準則的擬合結果。
　　4）結合試驗結果，基于孔隙為圓形通道和材料為彈性均質體的假定，進行了孔隙壁上的應力分析，給出了預應力和凍脹力共同作用下孔隙壁的破壞條件，進而揭示了預應力對巖石凍融的影響機制。
　　5）提出了抗凍應力閾值的概念，指出當施加在巖石上的預應力達到該閾值后，巖石凍融損傷會停止；并基于對預應力-抗凍系數關系的研究，對TSMR體系中的凍融系數進行了調整，從而提