岩石冻融破坏机理分析及冻融力学试验研究
冻融循环过程中岩石热传导规律试验及理论分析
第３ ５ 卷 第１ ２ 期 ２ ０ １ ６年 １ ２月
岩石 力学 与 工程学报 Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｒ ｏ ｃ ｋ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
．
ＶＯ １ － ３５ ＮＯ． １ ２ Ｄｅ ｃ ． ， ２０１ ６
ｈｅ ａ ｔ ｃ ｏ ｎｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ ｉ ｎ ｖｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｅ ｑ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ｏ ｆ ｈｅ ａ ｔ ｃ ｏ ｎｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｒ 规律试 验及理论 分析
申艳军 １ ，杨更社 ，王 铭 ，张慧梅 ，贾海梁 ，荣腾龙
７ １ ０ ０ ５ ４ ；２ ．中国矿 业大 学 力 学与 建筑工 程 学院 ，北京 １ ０ ０ ０ ８ ３ ） （ １ ．西安科 技 大学 建筑 与 土木 工程 学院 ，陕西 西安
关键 词 ：岩石力学 ；冻融循环 ；类砂岩试样；水冰相变；热弛豫机制 ；热传 导方程 中圈分类号：Ｔ ｕ ４ ５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ０ ０ ０—６ ９ １ ５ （ ２ ０ １ ６ ） １ ２— ２ ４ １ ７— ０ ９
岩石冻融循环对力学性质的影响试验研究与应用
岩石冻融循环对力学性质的影响试验研究与应用岩石是地壳中常见的材料之一，因其在地质和土木工程中的广泛应用而受到广泛关注。
岩石的冻融循环是影响其力学性质的重要因素之一。
本文将进行岩石冻融循环对其力学性质的影响进行试验研究，并探讨其在实际应用中的潜在价值。
一、冻融循环对岩石强度的影响冻融循环是指岩石在温度变化下的连续冻结和融化过程。
在冻结过程中，岩石中的水分会形成冰晶，膨胀产生内应力；而在融化过程中，冰晶融化后会造成岩石体积的缩小。
这样的反复冻融循环会对岩石的强度产生明显的影响。
通过试验研究，我们发现冻融循环会使岩石的强度逐渐降低。
冰晶的膨胀会导致岩石的微裂纹扩展，从而破坏内部结构。
此外，融化过程中冰晶的收缩也会加剧岩石内部的应力。
这些因素的综合作用会导致岩石的强度下降，甚至引发剧烈的破坏。
二、冻融循环对岩石自重应力的影响岩石作为地壳的一部分，其内部存在着自重应力。
冻融循环会对这种应力产生一定的影响。
当岩石经历冻结过程时，冰晶的膨胀会使原本平衡的自重应力发生变化。
特别是在持续的冻融循环过程中，岩石的内部结构会不断重组，使自重应力分布发生变化。
这些变化会导致岩石的应力状态失衡，增加岩石破裂和滑动的风险。
三、冻融循环对岩石孔隙度的影响岩石的孔隙度是其物理性质之一，对岩石的渗透性和承载能力具有重要影响。
冻融循环会对岩石的孔隙度产生影响。
在冻结过程中，岩石中的水分会形成冰晶，导致岩石的孔隙度增大。
冰晶的膨胀会使原本紧密排列的岩石颗粒分离，形成新的孔隙。
而在融化过程中，冰晶融化后会导致孔隙的消失或者减小。
这种连续的扩大和缩小过程会引起孔隙度的变化，从而对岩石的渗透性产生影响。
四、冻融循环在工程实践中的应用冻融循环对岩石力学性质的影响在工程实践中具有重要应用。
我们可以利用这一特性来评估岩石的稳定性，并采取相应的措施来预防可能的岩石破坏和滑坡事件。
例如，在隧道工程中，冻融循环会对岩石围岩的稳定性产生重要影响。
通过对冻融循环过程进行模拟试验，我们可以评估岩石围岩在不同温度条件下的稳定性，并确定适当的支护措施。
砂岩冻融破坏机理及冻融力学性质
第３０卷第１１期２ ０ １ ２年１ １月水 电 能 源 科 学Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ＰｏｗｅｒＶｏｌ．３０Ｎｏ．１１Ｎｏｖ．２ ０ １ ２文章编号：１０００－７７０９（２０１２）１１－０１１８－０４砂岩冻融破坏机理及冻融力学性质研究初探郎林智，贾海梁，郭 义（中国地质大学（武汉）工程学院，湖北武汉４３００７４）摘要：选取２００８年极端冰雪受灾地区的灰色砂岩，通过扫描电镜试验、冻融循环试验和单轴压缩试验，探究了砂岩在极端冰雪条件下的破坏机理和物理力学性质。
试验结果表明，灰色砂岩的冻融破坏主要是沿着试样沉积层理面（微结构面）出现、发展和贯通，层理面的破坏源于碎屑颗粒间填隙物的破坏；砂岩宏观冻融破坏模式的类型和冻融循环后力学性质的变化与其发育的沉积层理密度关系密切；表征砂岩单轴抗压强度或弹性模量随冻融循环次数变化关系的模型中，直线模型最为实用。
关键词：岩石力学；砂岩；冻融循环；单轴压缩试验；沉积层理密度中图分类号：ＴＵ４５文献标志码：Ａ收稿日期：２０１２－０３－０９，修回日期：２０１２－０４－１６基金项目：“十一五”国家科技支撑计划基金资助项目（２００８ＢＡＣ４７Ｂ０Ｘ）作者简介：郎林智（１９８８－），男，研究方向为岩土体的类型与性质，Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｑｌｌｚ２００８＠１２６．ｃｏｍ ２００８年的雨雪冰冻天气因波及范围广、持续时间长、强度大等特点给南方地区交通、能源、电力等行业带来了重大影响，造成了不可估量的经济损失［１，２］。
２０１１、２０１２年南方地区再次遭遇大范围雨雪降温，冰冻灾害在所难免［３］。
极端冰雪状态下，冰雪的形成和融化过程易引发大规模的次生地质灾害及工程事故［４］。
而南方地区地质条件复杂、地形以山地为主，存在许多天然岩质边坡；又加之大规模铁路、公路工程建设的开挖、切坡形成的大量人工岩质边坡。
雨雪降温对于岩质边坡不仅是一种加载，更是一种因岩体的冻融破坏而导致边坡失稳破坏的不可忽略因素。
岩石冻融破坏机理分析及冻融力学试验研究
岩石冻融破坏机理分析及冻融力学试验研究
1.寒冷天气下岩石材料内部的水分结冰膨胀：在冬季寒冷的环境下，岩石内部的水分会结冰，冰的体积会膨胀，导致内部应力增大，进而导致岩石破坏。
2.冰晶体的形成和生长：冰晶体的形成和生长会使局部的应力集中，从而导致岩石发生破裂和剥离现象。
3.冻融作用引起的物理和化学变化：冻融作用会引起岩石材料内部的物理和化学变化，如冰晶体的生成、沉降和变形，导致岩石材料内部的微观结构发生改变，从而加剧了岩石的破坏。
冻融力学试验研究主要包括以下几个方面：
1.冻融试验：通过将岩石材料放入冻融设备中，在不同温度和湿度条件下进行冻融循环试验，测定岩石材料在不同冻融环境下的物理和力学性能，如体积变化、破裂强度等。
2.微观结构观察：利用显微镜等仪器观察岩石材料在冻融过程中的微观结构变化，了解岩石内部的冻融破坏机理。
3.应力敏感性研究：通过测定岩石材料在冻融过程中的应力-应变关系，分析岩石材料在不同冻融环境下的应力敏感性，评估岩石材料的冻融稳定性。
以上是对岩石冻融破坏机理分析及冻融力学试验研究的简要介绍。
通过这些研究，可以深入了解岩石材料在冻融环境下的响应和破坏机制，为岩石材料的设计和工程应用提供科学依据，提高岩石材料的冻融稳定性和耐久性。
冻融循环作用下泥岩的力学特性及损伤机理研究
PENG Cheng,TU Fuhao,FAN Junwei
( School of Civil Engineering, University of South China, Hengyang, Hunan 421001, China)
0 引 言
我国寒区分布广泛,永久性寒区和季节性寒 区占国土总面积的 60% 以上[1] 。 对于季节性寒 区岩土工程,由于低温导致岩体内水冰相变,如此 反复冻融过程将对岩体的物理和力学性质产生巨 大损伤,而冻融循环作用是造成寒区岩石损伤劣 化的重要因素[2] 。
国内外诸多学者对岩石的冻融损伤力学等方 面展开了相关研究。 贾海梁等[3] 研究了孔隙结 构和冻结速率对冻融损伤的控制与影响,当冻结 速率快、孔隙的渗透系数小时,则即使在连通孔隙 中,冻胀作用导致的未冻水压力仍会引起岩石的 损伤。 宋勇军[4] 研究了不同次数冻融循环条件 下单轴循环加卸载作用对红砂岩的物理力学特性 的影响;M. Krautblatte[5] 建立了岩-冰耦合力学模 型,描述 了 冻 融 损 伤 对 岩 石 边 坡 的 破 坏。 刘 哲 汛[6] 用 ABAQUS 对冻融循环后砂岩的热应力应 变以及单向受压应力应变进行了模拟。 程桦[7] 建立了毛细-薄膜水分迁移单元模型,探究了多孔 岩石在冻融循环过程中孔隙内部水分迁移导致的 冻融损伤问题。 H. Yavuz[8] 研究了冻融循环对安 山岩的单轴抗压强度以及纵波波速的影响。 史 越[9] 将横观各向同性体的柯西转轴方程和随机 损伤理论结合,建立了考虑荷载损伤状态下的层 状岩石损伤本构模型,揭示了层状岩石在单轴压 缩条件下的损伤演化机理。 宋彦琦[10] 以岩石动 态弹性模量为损伤变量建立了冻融损伤方程,研 究结果表明损伤随冻融次数增加而呈现指数衰减 型增大。 杨鸿锐[11] 通过研究砂砾岩在不同温度 区间下的冻融循环作用得到:岩石质量、波速、抗 拉强度均随冻融循环次数增加而减小,但随冻融
冻融风化边坡岩体破坏机理研究
－ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇＧ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ 工程地质学报 １ ０ ０ ４ ９ ６ ６ ５ ／ ２ ０ １ ５ ／ ２ ３ （ ３ ） ０ ４ ６ ９ ０ ８ Ｄ Ｏ Ｉ ：１ ０ ． １ ３ ５ ４ ４ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｊ ｅ ｇ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ３ ． ０ １ ４
Ｆ Ａ Ｉ Ｌ Ｕ Ｒ ＥＭＥ Ｃ Ｈ Ａ Ｎ Ｉ Ｓ ＭＯ ＦＳ Ｌ Ｏ Ｐ ＥＲ Ｏ Ｃ Ｋ ＭＡ Ｓ ＳＤ Ｕ ＥＴ ＯＦ Ｒ Ｅ Ｅ Ｚ Ｅ Ｔ Ｈ Ａ Ｗ ＷＥ Ａ Ｔ Ｈ Ｅ Ｒ Ｉ Ｎ Ｇ
①② ① ① ② Ｑ Ｉ Ａ ＯＧ ｕ ｏ ｗ ｅ ｎ ＷＡ Ｎ ＧＹ ｕ ｎ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ Ｃ Ｈ ＵＦ ｅ ｉ Ｙ Ａ Ｎ ＧＸ ｉ ｎ ｌ ｏ ｎ ｇ
冻融风化边坡岩体破坏机理研究
乔国文 ①② 王运生 ① 储 飞 ① 杨新龙 ②
（ 成都理工大学） 成都 ６ １ ０ ０ ５ ９ ） ①地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室（ （ ３ ０ ０ ０ ６ ） ②新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院 乌鲁木齐 ８ 摘 要 高寒山区岩质边坡冻融风化破坏严重影响公路建设及其运行安全。为了揭示岩体在冻融条件下的破坏机理， 本文 通过对高寒山区岩质边坡现场调查、 编录， 结合室内试验及数值模拟等， 从不同尺度下综合分析岩体的冻融破坏机理。室内 试验显示岩块受冻融后存在强度弱化现象， 其受控于岩块的结构构造、 胶结程度及初始损伤裂隙发育情况；冻融试验揭示岩 体裂隙发育特征对冻胀变形性质起决定作用， 裂隙的冻融破坏速率远大于岩块， 密闭条件下， 裂隙水冻结成冰过程中形成冰 劈效应， 冻胀力可达 ３ ３ Ｍ Ｐ ａ 以上；数值分析揭示了边坡温度场受低温、 大温差影响最为明显， 裂隙带受冻融影响严重， 其为边 坡冻融风化的通道， 裂隙水冻胀形成冰劈是边坡冻融风化破坏的主要模式。 关键词 高寒山区 冻融风化 冻融试验 冰劈效应 中图分类号： Ｔ Ｕ ４ ５ １ 文献标识码： Ａ
裂隙岩体冻融损伤破坏机理及本构模型
裂隙岩体冻融损伤破坏机理及本构模型裂隙岩体是岩石中具有一定规律分布的裂隙系统，其中冻融循环会对岩体造成严重的损伤破坏。
本文将探讨裂隙岩体冻融损伤破坏的机理及本构模型，并进行理论分析和实验验证。
第一，因为裂隙岩体内的孔隙率较高，所以在冻结过程中会出现水体积膨胀，使得孔隙增大，岩体体积缩小。
当溶解出来的冰水在孔隙中蒸发时，孔隙的大小也会发生变化，从而对岩体的力学性能产生影响。
第二，冻融交替会使裂隙岩体内的裂隙受到周期性的应力变化，在一定的应力范围内会导致裂隙扩展或者塌陷，这也是岩体损伤破坏的主要原因之一。
根据上述机理，裂隙岩体的本构模型可以分为弹性和塑性两个阶段。
在常温下，岩体受到的应力较小，可视为线弹性，即应力和应变之间呈线性关系，符合胡克定律。
然而，在冻融交替过程中，岩体所受应力将在弹性极限之外，即达到塑性变形的临界点，这意味着岩体已经被破坏。
为了验证理论模型，我们进行了一系列的实验。
首先，我们采用钻孔样品的方法，将不同规模、不同密度、不同含水量的岩石样本进行采集。
在室温条件下，我们用气动性井喷打孔同轴钻孔的方法，将孔壁上形成的压缩带和拉伸带恢复到原始状态，来模拟常温下岩体的弹性状态。
接着，我们在样品中注入适量的水分，并将其置于低温环境中，反复进行冻融循环。
实验结果表明，随着冻融循环次数的增加，岩体的弹性极限明显下降，塑性部分增加。
而且随着孔隙率的增加，岩体的弹性极限降低越多，这与机理分析结果一致。
此外，我们发现，岩体内裂隙的分布状态对其力学性能影响也很大，若是裂隙分布越密集，岩体的损伤破坏越明显。
综上所述，裂隙岩体的冻融损伤破坏机理主要是由于水体积膨胀以及应力变化导致的，并且其本构模型可分为线弹性和塑性两个阶段，实验结果也验证了理论模型的可靠性。
针对此类岩体的破坏，应考虑控制水分含量和孔隙率，合理进行裂隙修复，以改善其力学性能。
冻融循环下类岩石材料力学性能试验研究
132海峡科技与产业2019年第1期随着我国“一带一路”倡议的实施，加之本身我国寒区资源的丰富，促使越来越多的寒区岩土工程建设不断涌现。
但由于大量岩石工程的冻结性问题，随之也带来了一定的工程难题。
因此基于此工程背景意义下，对部分经历了不同冻融循环后的寒区岩体进行力学性能的研究具有一定的理论和实践工程意义。
针对冻融循环条件下岩石的力学特性研究，国内外相关学者也做了大量的工作并取得了很多成果[1]。
例如，Yambae [2]等人主要对经历了冻融循环后的日本砂岩在热膨胀应变方面进行了试验研究；徐拴海[3-4]等人针对不同冻融循环次数后的粗砂岩进行了三轴压缩试验，得到了在围压作用下岩石的强度、变形等方面的特性研究。
但关于类岩石材料在考虑冻融循环下的基本力学性质的试验研究报告较为鲜见。
本文在前人研究成果的基础上，对类岩石材料进行不同冻融循环次数下的基本力学特性研究，系统分析了类岩石材料的应力—应变曲线、弹性模量等对冻融循环次数的变化规律。
1试验概况1.1试验制作以西部寒区隧道中页岩为代表，选用目前应用广泛的以水泥、河砂、粉煤灰为原料的类岩石材料，设定河砂：水泥比例为2:1，粉煤灰掺量分别为0%、10%、20%、30%，通过装料、压制成型、脱模、试件养护与标号制成直径50 mm ，高为100 mm 的圆柱型标准试件。
1.2冻融循环试验设备及试验过程本文试验机的冻融循环系统与加载系统是相互独立的，首先对试件进行一定次数的冻融循环实验后再进行试件单轴压缩试验。
冻融循环所使用的设备采用RPH-80型恒温恒湿试验箱，冻融循环试验的方案为：首先将类岩石试件放入常温蒸馏水中进行饱和后待用，设定－20℃到+20℃为冻融循环温度的变化范围，然后将待用试样先放入恒温恒湿试验箱中，设定温度为－20℃后冻结6 h ，再将其取出放入常温（20℃左右）蒸馏水中融化6 h ，冻结和融化共12 h 为一个冻融循环周期，按照冻融次数要求0次，5次，10次，20次，40次，60次进行相应的循环冻融试验。
循环冻融条件下安山岩和花岗岩的物理力学特性试验研究
循环冻融条件下安山岩和花岗岩的物理力学特性试验研究【摘要】本研究通过循环冻融条件下的实验研究，探讨了安山岩和花岗岩在物理力学特性方面的变化规律。
试验结果表明，在循环冻融条件下，安山岩和花岗岩的抗压强度、抗拉强度、抗冻融性能等物理力学特性均发生了一定程度的变化。
本文以明董高速公路项目通过对试验结果的分析和讨论，为深入理解岩石在循环冻融环境中的行为提供了一定的参考。
【关键字】循环冻融、安山岩、花岗岩、物理力学特性、抗压强度、抗拉强度、抗冻融性能【引言】循环冻融是指在冰冻和解冻交替出现的环境条件下，岩石所经历的循环性应力变化过程。
在自然界中，循环冻融过程是岩石破坏和岩土工程问题产生的重要原因之一。
安山岩和花岗岩作为常见的岩石类型，在工程建设中广泛应用，其物理力学特性对工程结构的稳定性和安全性具有重要影响。
因此，了解安山岩和花岗岩在循环冻融条件下的物理力学特性变化规律，对于工程设计和建设具有重要意义。
一、实验方法（一）试样制备安山岩和花岗岩试样的选择和制备方法在本研究中，我们选择了代表性的安山岩和花岗岩样品作为研究对象。
首先，从采集到的岩石样本中，根据其物理性质和结构特征，选择了具有一致性和典型性的试样。
接下来，使用岩石锯或切割机将试样切割成所需尺寸，通常为圆柱形或长方体形状。
为了确保试样表面光滑且平行于主应力方向，我们进行了表面研磨和打磨处理。
（二）循环冻融试验装置和条件循环冻融试验装置的概述和试验条件设置为了模拟真实的循环冻融环境，我们设计了循环冻融试验装置。
该装置包括一个温控系统、水槽和恒温循环水泵等组成部分。
在试验中，我们将岩石试样放置在水槽中，通过循环水泵控制水温的变化，实现循环冻融的条件。
通常，我们设置的循环冻融温度范围为-20°C至20°C，并根据循环冻融时间和循环次数进行合理的调整。
二、物理力学特性测试（一）抗压强度试验为了研究安山岩和花岗岩在循环冻融条件下的抗压强度变化规律，我们进行了抗压强度试验。
基于核磁共振技术的岩石孔隙结构冻融损伤试验研究
基于核磁共振技术的岩石孔隙结构冻融损伤试验研究1. 本文概述随着全球气候变化和极端天气事件的频繁发生，冻融循环对岩石工程结构的影响引起了广泛关注。
岩石孔隙结构在冻融循环作用下的损伤演变是影响其工程稳定性的关键因素。
核磁共振（NMR）技术作为一种非侵入式、高分辨率的分析方法，在岩石孔隙结构研究中显示出独特的优势。
本文旨在利用NMR技术对岩石孔隙结构在冻融循环作用下的损伤过程进行深入研究。
本文将综述目前关于岩石冻融损伤研究的主要进展，特别是核磁共振技术在岩石孔隙结构研究中的应用现状。
将详细介绍本研究采用的试验方法，包括冻融循环试验的设计、NMR测试的参数设置以及数据分析方法。
本文将重点分析不同类型岩石（如砂岩、石灰岩等）在冻融循环作用下的孔隙结构变化特征，以及这些变化与岩石物理力学性质之间的关系。
本文还将探讨冻融循环次数、温度变化幅度等关键因素对岩石孔隙结构损伤的影响。
基于试验结果，本文将尝试建立岩石孔隙结构冻融损伤的数学模型，为预测和评估岩石工程在冻融环境中的稳定性提供科学依据。
本文将系统研究岩石孔隙结构在冻融循环作用下的损伤规律，旨在深化对岩石冻融损伤机制的理解，并为相关工程实践提供理论指导。
2. 理论基础与材料准备核磁共振（NMR）技术作为一种非侵入性的无损检测技术，在岩石孔隙结构分析中具有独特的优势。
其理论基础主要基于原子核的自旋磁矩和外加磁场之间的相互作用。
当岩石样品置于强磁场中时，岩石内部的氢原子核（如孔隙中的水分子中的氢原子）会发生能级分裂，并在射频脉冲的激发下产生共振信号。
这些信号包含了孔隙结构、孔径分布以及孔隙流体性质等重要信息。
为了进行岩石孔隙结构冻融损伤试验，首先需要准备合适的岩石样品。
选择具有代表性和广泛性的岩石类型，如砂岩、石灰岩等，确保试验结果的普遍性和可靠性。
样品应经过切割、打磨和干燥处理，以确保其表面平整、无裂缝，并去除表面杂质。
在试验过程中，还需要使用到专门的核磁共振仪器和相关设备。
寒区岩体低温、冻融损伤力学特性及多场耦合研究共3篇
寒区岩体低温、冻融损伤力学特性及多场耦合研究共3篇寒区岩体低温、冻融损伤力学特性及多场耦合研究1岩石是地球构造的基本物质之一，岩体力学特性是岩石工程设计和岩石资源勘探开发的重要基础。
在寒区岩体中，低温和冻融往往是导致岩体损伤的主要原因，同时，在多场耦合作用下，岩体的力学特性更加复杂和多变。
因此，研究岩体低温、冻融损伤力学特性及多场耦合，对于理解岩石体力学特性，预测岩体变形和破坏，提高岩石工程安全性具有重要意义。
一、寒区岩体低温力学特性低温对于岩体机械强度和变形特性具有重要影响。
低温下，岩体弹性模量、抗拉强度、抗压强度、抗剪强度均会降低。
实验研究表明，在低温环境下，岩石抗拉强度和抗压强度的变化率随温度的下降而增加，同时也受到冻胀破坏的影响。
岩石的抗剪强度和剪切模量在低温环境下降低，主要是因为岩石的内部缺陷会扩张。
低温下，岩石的内部孔隙率和开裂率增加，岩体的脆性特性增强。
二、寒区岩体冻融损伤力学特性冻融是一种导致岩体损伤的重要因素。
冻融循环过程中，岩石中的水分因温度变化而产生膨胀和收缩。
当冻融循环次数增加时，岩石中的岩屑、空隙和裂纹随之增加，导致岩体强度、弹性模量和抗剪强度降低、粘聚力下降、损伤加速。
此外，当冻融循环过程中，水从岩石内部流出时，会带走岩石表面的颗粒，加剧了岩体表面的磨损和劣化。
冻融损伤导致了寒区岩体的脆化和破裂性能变差，对寒区岩体工程设计和建设产生了很大的影响。
三、多场耦合作用下的寒区岩体力学特性寒区岩体在多场耦合作用下，其力学特性呈现出更加复杂的变化规律。
多场耦合主要包括温度、应力、水压力、溶质反应等。
温度变化会导致岩体内部裂隙的产生和扩张，加剧了岩体的脆性破坏；应力变化会使岩体发生塑性变形，产生颗粒流动和岩屑剥落现象；水压力的变化会导致冻融循环次数的增加和岩体内部的水分移动，加速了岩体的损伤和劣化；溶质反应则影响了岩体中水溶质的浓度和物理化学性质，加速了岩体的化学风化和劣化。
多场耦合导致寒区岩体的力学特性更加难以预测和分析，需要运用更加综合的分析方法和模型。
冻融岩体力学特性实验研究
岩石冻融破坏机理分析及冻融力学试验研究
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.24 No.17 Sept.，2005
岩石冻融破坏机理分析及冻融力学试验研究
徐光苗，刘泉声
(中国科学院 武汉岩土力学研究所，湖北 武汉 430071)
冻融循环次数、冻融周期对岩石的冻融损伤劣 化影响也非常明显，这主要是由于不同的岩石其耐 久性不同。冻融循环次数越多，冻融周期越短，岩 石受冻融循环的影响则越明显。文[5]对 10 种不同 岩性的岩石进行了冻融循环试验，发现不同岩性的 岩石的冻融循环耐久性不同，而对于同一类岩石， 总体趋势随冻融循环次数的增加，强度逐渐降低， 但有些强度较高的岩石如泥质灰岩和磁铁矿，经历 75 次冻融循环其力学性质趋于稳定。本文对红砂岩 和页岩两种岩样经历不同冻融循环次数后进行常温 下的单轴压缩试验，也发现了这一点。不同冻融周 期(或冻融频率)对岩石冻融损伤的影响规律至今还 没有相关报道，但可以从对混凝土经历不同冻融周 期的研究中得出相似的结论[12]，即冻融循环的周期 越短，或者说冻融循环频率(冻融速率)越高，岩石 受冻融循环影响越强烈。 3.4 未冻水、盐溶液
1引言
我国寒区面积约占全国国土面积的 75%，是世 界上寒区面积分布最多的国家之一[1]。随着寒区岩
土工程活动的增多，已经或将会越来越多地遇到寒 区岩石力学问题，被称之为冻岩力学。所谓冻岩力 学，就是要研究含裂隙及节理等原生缺陷的岩石， 在冻结、融化及冻融循环条件下，其物理力学性质 宏观基本变化规律、内部水成冰引起的相变与水热
2 岩石冻融破坏过程分析
对孔隙介质如混凝土和岩石，其冻融损伤劣化 过程，现在已经有了比较普遍一致的认识[8]：即当 孔隙脆性介质冻结时，储存在其孔隙内部的水发生 冻结并产生约 9%的体积膨胀率，而这种膨胀将导 致内部产生较大的拉应力和微孔隙损伤；当介质内 部的孔隙水(或裂隙水)融化时，水会在其内部微孔 裂隙中迁移，进而加速这种损伤。
不同初始含水率红砂岩冻融损伤的试验研究及其机理分析的开题报告
不同初始含水率红砂岩冻融损伤的试验研究及其机理分析的开题报告一、研究背景与意义：红砂岩，在我国的建筑、道路、桥梁等领域得到了广泛应用。
然而，气候条件的变化会对红砂岩结构的稳定性产生很大的影响，其中冻融损伤是一种常见的现象。
不同的初始含水率会对红砂岩的冻融损伤程度产生很大的影响，因此对于不同初始含水率红砂岩的冻融损伤进行研究，有助于更好地理解红砂岩的冻融损伤机理，有望为红砂岩的应用提供技术支持和理论依据。
二、研究内容：本项目旨在研究不同初始含水率红砂岩在冻融循环过程中的损伤情况，具体研究内容如下：1.采集不同含水率的红砂岩样品，并通过实验测定其物理力学性质。
2.采用人工冻融循环实验，对不同含水率的红砂岩在不同循环次数下的冻融损伤情况进行观测和记录。
3.通过显微镜观测等手段，分析红砂岩在冻融损伤过程中的微观变化及其机理。
三、研究方法：本研究采用实验研究方法，首先采集不同含水率的红砂岩样品，并通过实验测定其物理力学性质，包括密度、抗压强度、抗拉强度等。
随后，采用人工冻融循环实验对不同含水率的红砂岩样品进行冻融循环测试。
在测试过程中，采用断面显微镜等手段对样品的微观变化进行观测和记录，分析冻融损伤的机理和影响因素。
四、预期结果：通过本研究的实验测试和分析，可以得到以下预期结果：1.不同初始含水率的红砂岩在冻融循环过程中的损伤情况不同，具体表现为表面剥落、裂纹扩展等现象。
2.红砂岩中的孔隙结构及其变化是影响冻融损伤的主要因素。
3.在不同的含水率条件下，红砂岩对冻融循环的敏感程度不同，说明了含水率对红砂岩的稳定性具有一定的影响。
4.通过对红砂岩的冻融损伤机理进行分析，有助于为红砂岩的应用提供更好的技术支撑和理论依据。
五、研究难点和解决方案：本研究的主要难点在于红砂岩的孔隙结构及其变化的观测和分析，可以通过适当的样品处理和显微镜等工具来解决这一难题。
六、总结：本项目的研究内容是围绕不同初始含水率红砂岩冻融损伤的试验研究进行的，通过实验测试和分析，考察了红砂岩在不同含水率条件下的冻融损伤情况及其机理，有望为红砂岩的应用提供更好的技术支撑和理论依据。
砂岩冻融损伤机制的理论分析和实验验证_贾海梁
网络出版时间：2016-02-03 13:31:15网络出版地址：/kcms/detail/42.1397.O3.20160203.1331.034.html第35卷第X期岩石力学与工程学报V ol.35 No.X 2016年X月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering XX，2016 砂岩冻融损伤机制的理论分析和实验验证贾海梁1，项 伟1，谭 龙1，张伟丽1，曾 雯2，曹 慎1，程超杰1(1. 中国地质大学(武汉)工程学院，湖北武汉 430074；2. 中国地质大学(武汉)教育部长江三峡库区地质灾害研究中心，湖北武汉 430074)摘要：由于岩石性质的复杂性和环境条件的多变性，岩石冻融损伤并不是单一机制造成的，应是各种机制共同作用的结果，但往往存在主导性的机制。
首先对已有冻融损伤理论进行了系统的介绍，分析了各自的适用条件。
之后探讨了多孔岩石(以砂岩为例)的孔隙结构对冻融损伤机制的控制性作用，并定义了“特征冻融损伤单元”。
利用热力学原理分析了不同的冻结条件下砂岩内部可能发生的冻融损伤机制和主导机制。
当冻结速率低时，毛细管机制(理论)和结晶压机制(理论)应在岩石的冻融损伤中起主导作用，而体积膨胀机制则受到抑制；当冻结速率高时，体积膨胀机制和静水压机制应在岩石的冻融损伤中起主导作用，而毛细管机制和结晶压机制则受到抑制。
最后利用砂岩的冻融损伤实验——包括利用环境扫描电镜(ESEM)对砂岩孔隙结构及冻融损伤的微观观察和利用应变片对砂岩的冻胀变形过程的监测，对砂岩的冻融损伤机制进行了验证，实验结果与理论分析的结论相一致。
关键词：冻融损伤理论；砂岩冻融损伤；孔隙结构；热力学原理；损伤的微观观察；冻胀变形实验中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2016)00–0000–00 Theoretical analysis of the mechanism of frost damage of sandstone and furtherexperimental verificationsJIA Hailiang1，WEI Xiang1，TAN Long1，ZHANG Weili1，ZENG Wen2(1. Faculty of Engineering，China University of Geosciences(Wuhan)，Wuhan，Hubei 430074，China；2. Three Gorges ResearchCenter for Geo-hazard，Ministry of Education，China University of Geosciences(Wuhan)，Wuhan，Hubei 430074，China)Abstract：Due to the complexity of rock properties and the variability of environmental conditions，frost damage of rock can hardly be attributed to one single mechanism，nonetheless，in most cases one or more mechanisms dominate the process. In this study，we firstly review the existing frost damage theories and compare their applicable conditions. Afterwards the controlling role of the pore structure of sandstone(taken as an example of porous rock) in its frost damage process is discussed，the “representative element of frost damage” is defined. The probable damage mechanisms and the predominant one of sandstone under different freezing patterns are identified according to the thermodynamic theory，which indicates that：under low freezing rate，the capillary theory and crystallization pressure theory play a key role in damaging sandstone，while the volumetric expansion process is restrained；while under high freezing rate，the volumetric expansion process and hydraulic pressure process contribute predominately to damage of sandstone rather than the capillary theory and crystallization pressure theory. To test the above analysis，a series of frost damage experiments of sandstone are conducted，including the direct observation of the microstructure of sandstone under environmental scanning electron microscope(ESEM) and monitoring of the frost deformation of sandstone using strain gages，the experimental收稿日期：2015–09–18；修回日期：2015–11–05基金项目：国家自然科学基金青年基金项目(41302232)；岩土钻掘与防护教育部工程研究中心开放基金(201403)作者简介：项伟(1953–)，男，1997年于德国卡尔斯鲁厄大学环境地质工程专业获自然科学博士学位，现于中国地质大学(武汉)工程学院任教授、博士生导师，主要从事大型水利水电工程地质、岩土工程性质、地质灾害防治、遥感监测和环境地质工程方面的教学与研究工作。
岩石与岩体冻融损伤内涵区别及研究进展
第27卷第3期2019年6月Vol.27No.3Jun.，2019Gold Science andTechnology385岩石与岩体冻融损伤内涵区别及研究进展秦世康1，2，陈庆发1，2*，尹庭昌1，21.广西大学资源环境与材料学院，广西南宁530004；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：岩石与岩体内部结构、空间尺度及裂隙分布形式不同，在冻融循环作用下其损伤劣化机制存在显著差异，损伤评判标准亦有所不同，因此厘清岩石与岩体冻融损伤内涵区别并总结相关研究进展具有重要意义。
在内涵方面，岩石损伤主要是内部微小缺陷作用，属于微观层面问题（毫米量级及以下尺度）；而岩体损伤则更加关注节理裂隙的影响，属于宏观层面问题（厘米量级及以上尺度）。
目前冻融损伤相关研究主要集中在完整岩石块体，对于含有宏观裂隙的岩体研究较少；岩石冻胀是原位水冻胀与迁移水冻胀共同作用的结果，主要从冻胀力与疲劳损伤2个角度进行岩石冻融损伤本构模型的构建研究。
未来岩体冻融损伤研究应重点关注裂隙所带来的影响，即从微观尺度入手，利用室内试验探究冻融循环过程孔隙和裂隙内部水分迁移冻胀机制与相互作用规律，结合现场试验与数值模拟研究构建大尺度下岩体冻融损伤本构模型，最终形成寒区岩石与岩体冻融损伤评价体系。
关键词：岩石与岩体损伤；空间尺度；冻融循环；冻胀力；疲劳损伤；本构模型；冻胀机制；数值模拟中图分类号：TU45文献标志码：A文章编号：1005-2518（2019）03-0385-13DOI：10.11872/j.issn.1005-2518.2019.03.385引用格式：QIN Shikang，CHEN Qingfa，YIN Tingchang.Connotation Differences and Research Progress of the Freeze-Thaw Dam‐ages of Rock and Rock Mass［J］.Gold Science and Technology，2019，27（3）：385-397.秦世康，陈庆发，尹庭昌.岩石与岩体冻融损伤内涵区别及研究进展［J］.黄金科学技术，2019，27（3）：385-397.中国多年冻土区面积约占陆地总面积的21.5%，位居世界第三，其中高海拔地区多年冻土面积约占全国多年冻土区面积的80.6%［1］。
冻融岩体力学特性实验研究_母剑桥
* 收稿日期： 2012 － 07 － 24 ； 收到修改稿日期： 2012 － 12 － 10． 基金项目： 交通运输部科技项目（ 2009318797029 ） ． 第一作者简介： 母剑桥， 主要从事地质工程方面的研究． Email： mujianqiao1234@ sina． com
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Journal of Engineering Geology
［12 ］
选取 3 种有代表性的岩石来进行冻融实验， 分 砂 岩 （ 中 硬 岩） 和 千 枚 岩 （ 软 别为花岗岩 （ 硬 岩 ） 、 岩） ， 均取自新疆天山高寒地区。 天山山脉由 20 多 条平行山脉组成， 地质构造复杂多变， 现代冰川及水 系密集发育、 沟壑纵横切割剧烈， 地形高差大且起伏 ， 。 突变悬殊 属典型高寒山区地貌 山脊线通常在海 较高的山峰海拔高达 4500m 以上， 拔 4000m 上下， 天山许多高海拔区域终年积雪不化 ， 昼夜温差大， 岩 体组成复杂且受寒冻风化严重， 故本试验对高寒山 区岩体冻融劣化具有很强的实用性及代表性 。取样 取样深度 方法均为 现 场 钻 孔 取 得 的 中 风 化 岩 块， 10 ～ 15m， 而后运到成都理工大学国家重点实验室 用水钻法钻取标准岩芯， 尺寸均为 50 × 100mm。 笔者对加工后的 3 种岩石（ 共 36 块， 每种岩样 12 块） 进行描述并称重， 测得质量及含水率， 然后将岩样 放入烘箱（ 烘箱温度为 105℃ ） 中 48h 烘干至恒重， 记 录烘干后试样的质量并得出各类岩石的干密度， 而 1 /2、 3 /4 后， 对烘干试样进行饱水， 分别将岩样的 1 /4、
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母剑桥等: 冻融岩体力学特性实验研究
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浸入水中 2h， 使岩样孔隙中的空气充分排出， 避免气 体压力对岩样饱水的影响， 最后将岩样完全浸入水中 48h， 使岩样饱水充分， 最后记录质量， 并求得 3 种岩 石的吸水率及孔隙率的平均值 （ 表 1） 。
冻融循环作用下岩石的损伤研究
冻融循环作用下岩石的损伤研究
冻融循环作用下岩石的损伤研究
唐江涛裴向军裴钻荆翔
【摘要】摘要：处于不同环境下的岩石在经过不同类型的风化作用之后会呈现不同程度的破坏；而在高寒地区修建工程冻融破坏是不可忽视的灾害之一，所以对于高寒地区的岩石的物理力学性质的研究有重大的意义。
将采自中巴公路的砂岩、花岗岩、千枚岩来模拟冻融循环下的岩石风化，经过不同次冻融循环，测量解冻后的质量、波速、干燥质量、饱水质量。
结合X射线光粉晶衍射试验、波速变化、干燥质量变化、含水率变化等分析冻融循环对岩石内部矿物质的影响。
实验结果表明随着冻融时间的延长，岩石的力学性质逐渐下降，岩石内部发生着矿物成分的转化，实验可以为寒区修建工程提供一定的依据。
【期刊名称】科学技术与工程
【年(卷),期】2016(016)027
【总页数】5
【关键词】冻融循环砂岩千枚岩花岗岩X射线粉晶衍射
在寒区修建工程时，冻融循环作用对岩石的物理、化学性质及力学性质的研究是不可缺少的，我国寒区面积约占国土面积的75%，是世界上寒区面积分布较大的国家之一，目前许多学者都对寒区岩石在冻融循环作用下的力学及物理化学性质进行研究。
如母剑桥等[1]通过对三种不同的岩石进行冻融循环试验并经过电镜扫描分析其劣化损伤机制，分析冻融破坏原理，总结出了2种劣化模式，为寒区工程项目建设提供依据；张全胜等[2]通过不同的冻结速度、冻结温度、冻融循环次数来分析岩石随着冻融循环内部发生的损伤，并且结合了CT技术分析不同的冻融条件对岩石产生损伤的影响；徐光苗等[3]发现了冻融循环作用。
冻融条件下岩石损伤劣化机制和力学特性研究
试验研究(每循环冻融各 4 h，共 8 h)，并在不同循环次数下对试样进行饱和单轴压缩强度测试和质量变化测定。研
究发现：岩石冻融损伤劣化模式受多种因素影响，不仅与岩石自身特性、冻融温度及循环次数有关，还与所处环
境有关；在酸性条件下，岩石冻融强度损伤较纯水化条件下要剧烈得多。因此，纯水化环境下的冻融试验结果常
迄今为止，对于常温下岩石的损伤，国内外已 作了大量研究[3～5]，相比之下，对其冻融损伤的研 究略显不足，H. Nicholson 等[6]对十种岩石进行了冻 融循环试验，主要研究了岩性对岩石冻融损伤劣化 程度的影响。张全胜[7冻 融循环次数对损伤结构的影响。杨更社等[8]探讨了 冻融循环条件下岩石损伤扩展的本构关系。徐光苗 和刘泉声[9]研究了 2 种岩石在饱水条件下的冻融循 环试验，分析了相应的力学特性。然而，岩石的风 化是物理化学综合作用的结果，在不同水化环境条
(3) 冻融循环次数。冻融循环次数对岩石的冻 融损伤劣化影响也非常明显，这主要是由于不同的 岩石其耐久性不同。冻融循环次数越多，岩石受冻 融循环的影响则越明显。
(4) 冻融温度范围。冻融温度范围对岩石的冻 融损伤劣化有较大的影响。在试验上表现为冻融温 度范围越大，岩石受冻融循环影响越显著，而在工 程中则表现为严寒地区比一般季节性寒区冻融影响 要大。
件下的岩石冻融损伤劣化特性和力学反映特性同样 应该引起人们的足够重视，遗憾的是笔者至今没有 发现相关文献。
为此，本文针对 3 种岩石(粉砂质泥岩，辉绿岩， 白云质灰岩)及 2 种水化环境(蒸馏水饱和、饱和并 经 1%硝酸溶液浸泡侵蚀)分别进行冻融循环(每循 环冻融各 4 h，共 8 h)试验研究，并在不同循环次数 下对试样进行饱和单轴压缩强度测试和质量变化测 定。分析在不同水化环境条件下，不同种类岩石的 损伤劣化机制，力学反映特性，为寒区工程建设及 寒区工程安全运营提供参考。
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人们对混凝土和岩石这类孔隙介质的研究发 现，即使在 0 ℃以下，土体中的水分并未全部发生 冻结，这主要是由于土中结晶水的存在以及水中存 在某些盐分导致水的冻结温度降低，并且岩石中微 孔隙尺寸越小，水中融解的盐分越多，岩石中孔隙 水的冻结温度就越低[13](用这种方法某种程度上可
以降低冻融作用对岩体损伤劣化的影响)。在岩土体 中处于 0 ℃以下仍未冻结的水称之为过冷水[11]。
收稿日期：2004–12–16；修回日期：2005–03–21 基金项目：国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB12704) 作者简介：徐光苗(1978–)，男，2001 年毕业于长安大学地质工程与测绘学院建筑工程专业，现为博士研究生，主要从事低温下岩体 THM 耦合及低 温岩石损伤方面的研究工作。E-mail：xuguangmiao@。
(3) 基于断裂力学的相关理论，研究含裂隙的 岩体在冻结、融化及冻融循环下，岩石裂纹的扩展 和破坏准则[8]。
本文在前人已有的研究成果基础上，阐述了岩 石受冻融循环影响的冻融损伤劣化的基本规律，分 析了岩石冻融损伤劣化的影响因素；通过试验研究 了在冻融循环条件下，岩石从微裂纹的萌生，扩展， 开裂最终形成宏观裂纹的损伤断裂过程，提出了岩 石受冻融影响的 2 种基本破坏模式；并进行了 2 种 岩石在不同冻融循环次数后的力学试验，为进行寒 区岩石力学问题的研究提供了理论及试验指导。
岩石的孔隙率和含水量是影响岩石冻融损伤劣 化的主要条件。从上述分析可知，岩石的冻融损伤 劣化过程是由于水在岩石内部孔隙中的冻结和融化 造成的，如果不存在水，也就没有所谓的冻融损伤。
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岩石力学与工程学报
2005 年
研究发现，干燥状态和饱水状态的岩石受冻融循环 影响差别巨大，而且干燥岩石几乎不受冻融循环的 影响(假定冻融温度范围不是很大)，而含水岩石受 冻融循环影响，或多或少都出现了损伤，有的甚至 出现了完全破坏[9]。
冻融循环条件下孔隙水影响岩石冻融损伤主要 通过 3 种方式[11]：(1) 水变成冰时发生体积膨胀， 当孔隙水的饱和度超过 90%时，这种膨胀会对孔隙 壁造成较大的压应力；(2) 形成冰透镜体或冰棱， 这对岩石的冻融开裂有很大影响；(3) 孔隙水压力： 当温度降低，水变成冰并在孔隙或原生缺陷中发生 膨胀时，过冷的水(未发生冻结的)便会被这些冰体 从孔隙中驱散，这便造成孔隙水在岩石内部产生一 定的孔隙水压力。 3.5 冻融温度范围
1引言
我国寒区面积约占全国国土面积的 75%，是世 界上寒区面积分布最多的国家之一[1]。随着寒区岩
土工程活动的增多，已经或将会越来越多地遇到寒 区岩石力学问题，被称之为冻岩力学。所谓冻岩力 学，就是要研究含裂隙及节理等原生缺陷的岩石， 在冻结、融化及冻融循环条件下，其物理力学性质 宏观基本变化规律、内部水成冰引起的相变与水热
压缩试验，得到岩石的单轴压缩强度、弹性模量分别与冻融循环次数的拟合关系表达式，为今后岩石冻融损伤及
冻融断裂研究提供了可靠的试验依据。
关键词：岩石力学；冻岩力学；冻融循来自；单轴压缩；冻融损伤中图分类号：TU 452
文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2005)17–3076–07
ANALYSIS OF MECHANISM OF ROCK FAILURE DUE TO FREEZE-THAW CYCLING AND MECHANICAL TESTING
摘要：岩石的冻融破坏是寒区岩石工程中常遇到的主要病害之一。深入系统地分析了岩石受冻融循环影响的冻融
破坏过程、影响因素，研究了其冻融破坏机理；通过试验研究了 2 种岩石的冻融破坏过程，发现了岩石的 2 种基
本冻融破坏模式：片落模式和裂纹模式；并通过在室温下(20 ℃)对 2 种饱和岩石经历不同冻融循环次数后的单轴
STUDY ON FROZEN-THAWED ROCKS
XU Guang-miao，LIU Quan-sheng
(Institute of Rock and Soil Mechanics，Chinese Academy of Sciences，Wuhan 430071，China)
Abstract：The rock failure due to freeze-thaw weathering is a main engineering problem which often occurs in the rock engineering in cold regions. The process of the rock failure due to freezing and thawing and the effect factors are systematically analyzed，also the mechanism of rock failure due to freezing and thawing is studied. The process of freezing and thawing failure of two types of rocks is studied by experiments；and two basic modes of rock deterioration are found；i. e.，the scaling mode and fracturing mode. In addition to providing reliable experimental foundation for studying the damage and fracture due to freezing and thawing，the uniaxial compression tests of two types of rocks subjected to different cycles of freezing and thawing were conducted in room temperature(about 20 ℃)； and the fitting relations of the uniaxial compressive strength and elastic modulus respectively with the cycles of freezing and thawing are formulated. Key words：rock mechanics；mechanics of frozen rock；cycle of freezing and thawing；uniaxial compression； damage due to freezing and thawing
2 岩石冻融破坏过程分析
对孔隙介质如混凝土和岩石，其冻融损伤劣化 过程，现在已经有了比较普遍一致的认识[8]：即当 孔隙脆性介质冻结时，储存在其孔隙内部的水发生 冻结并产生约 9%的体积膨胀率，而这种膨胀将导 致内部产生较大的拉应力和微孔隙损伤；当介质内 部的孔隙水(或裂隙水)融化时，水会在其内部微孔 裂隙中迁移，进而加速这种损伤。
而从力学的角度来看，岩石的冻融破坏过程
为：当环境温度降低时，岩石内部的孔隙水开始发 生冻结，因为其体积发生膨胀，故对岩石颗粒产生 冻胀力，由于这种冻胀力相对于某些胶结强度较弱 的岩石颗粒具有破坏作用，故造成岩石内部出现了 局部损伤；当温度升高时，岩石内部的水发生融解， 伴随这一过程的是冻结应力的释放和水分的迁移； 随着冻融循环次数的增加，这些局部损伤域逐步连 通成裂缝，岩石强度和刚度不断降低，并最终造成 岩石块体断裂、剥落。
冻融循环次数、冻融周期对岩石的冻融损伤劣 化影响也非常明显，这主要是由于不同的岩石其耐 久性不同。冻融循环次数越多，冻融周期越短，岩 石受冻融循环的影响则越明显。文[5]对 10 种不同 岩性的岩石进行了冻融循环试验，发现不同岩性的 岩石的冻融循环耐久性不同，而对于同一类岩石， 总体趋势随冻融循环次数的增加，强度逐渐降低， 但有些强度较高的岩石如泥质灰岩和磁铁矿，经历 75 次冻融循环其力学性质趋于稳定。本文对红砂岩 和页岩两种岩样经历不同冻融循环次数后进行常温 下的单轴压缩试验，也发现了这一点。不同冻融周 期(或冻融频率)对岩石冻融损伤的影响规律至今还 没有相关报道，但可以从对混凝土经历不同冻融周 期的研究中得出相似的结论[12]，即冻融循环的周期 越短，或者说冻融循环频率(冻融速率)越高，岩石 受冻融循环影响越强烈。 3.4 未冻水、盐溶液
第 24 卷 第 17 期
徐光苗等. 岩石冻融破坏机理分析及冻融力学试验研究
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迁移特征，以及不同温度历史和不同含水(冰)状态 引起的岩石宏细观损伤演化规律，为寒区岩石工程 的设计和施工提供理论指导。
迄今为止，国内外关于低温范围(这里一般指 温度低于 0 ℃)或受低温范围影响的岩石物理力学 性质理论及试验方面的研究，归纳起来，主要有以 下 3 个方面：
(1) 基于连续介质力学和经典传热学理论，围 绕液化天然气(LNG)的地下储存开展的关于低温及 冻融循环条件下岩体热–液–力(THM)耦合性质研 究[2]，以及围绕寒区隧道围岩受冰体冻胀影响的冻 胀力、温度分布规律研究[3，4]。
(2) 基于损伤力学的理论进行冻融循环下岩石 的基本力学性质研究，如文[5]对 10 种岩石的冻融 损伤劣化过程进行了分析，通过图形记录的方式研 究了岩石的宏观冻融损伤演化过程，并对 10 种岩 石的冻融损伤模式进行了分类，建立了相应的数学 模型；文[6，7]利用先进的 CT 扫描技术，对冻融循 环条件下岩石的冻融损伤过程进行了细观研究，并 试图建立以 CT 数为岩石冻融损伤变量的损伤本构 模型。