裂隙岩體凍融損傷時空演化規律及套用研究

《裂隙岩體凍融損傷時空演化規律及套用研究》是依託中南大學，由周科平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：裂隙岩體凍融損傷時空演化規律及套用研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：周科平
• 依託單位：中南大學

項目摘要

我國西部地區蘊藏著豐富的礦產資源，隨著我國西部地區資源開發的強度越來越大，在西部地區高寒高海拔地區暴露出的採礦問題日益突出，其中，凍融循環對裂隙岩體的損傷演化規律是一個不容忽視的科學問題，因此，針對裂隙岩體凍融損傷的時序演化、裂隙岩體失穩破壞的空間演化規律進行研究具有十分重要的意義。本項目採用現場工程調查、室內實驗、多尺度模擬分析等手段，研究岩體在凍結融化過程中水分的遷移、以及岩石裂紋擴展和發育特性，建立岩體的凍融細觀損傷演化方程;建立裂隙岩體表征單元體，從宏細觀尺度分析凍脹融縮作用對岩體裂隙網路發展的影響，分析凍脹條件下壓剪複合裂紋起裂判據，獲得凍脹力和圍壓共同作用下的裂隙岩體起裂條件、凍脹巨觀破壞的時序表達方法；在上述研究的基礎上，結合新疆高寒地區具體的邊坡工程，構造裂隙岩體多場耦合分析模型，採用多尺度力學分析方法，獲得高寒地區露天礦邊坡裂隙岩體凍脹致裂的時變規律。

結題摘要

西部寒區蘊藏著豐富的礦產資源，越來越多的岩體工程興建於寒區，凍融循環對裂隙岩體的損傷演化規律是一個不容忽視的科學問題。本項目圍繞裂隙岩體凍融損傷演化與強度劣化規律開展研究，採用真實砂岩試樣中預製單裂隙，並藉助核磁共振技術（NMR）檢測凍融循環後裂隙岩體的損傷特徵，通過凍融循環試驗和單軸壓縮力學試驗，研究多重凍融循環作用下裂隙岩體的凍融損傷核磁特性與強度劣化機制，建立基於相對彈性模量變化的裂隙岩體凍融強度劣化模型，研究凍融-載荷作用下裂隙岩體的細觀、巨觀破裂模式。通過凍融循環後單軸壓縮力學試驗，對比分析了不同裂隙傾角砂岩的應力-應變曲線、峰值強度、彈性模量、抗凍係數等變化規律。隨著凍融循環次數的增加，裂隙岩體的單軸抗壓強度和彈性模量都呈現不同程度的降低，岩石的抗凍係數越來越小，其典型應力-應變曲線的壓密階段對應變形量越來越大。建立了基於相對彈性模量變化的裂隙岩體凍融強度劣化模型，通過推導得出相對剩餘單軸壓縮峰值強度與相對彈性模量之間的關係，該模型可以通過凍融後裂隙岩體的相對彈性模量來評估凍融後裂隙岩體的力學性能。凍融-載荷作用下裂隙岩樣的巨觀破壞貫通模式以翼裂紋破壞模式、翼裂紋張剪複合裂紋貫通模式、拉伸劈裂裂紋貫通模式以及三者的組合形式這四種方式為主，0°裂隙試樣凍融後期還出現沿裂隙中心點發啟的次生裂紋破裂，完整試樣和90°單裂隙試樣主要為拉伸劈裂破壞模式。從凍融岩石損傷機理出發，研究了凍融岩石所面臨的不同環境條件下的衝擊壓縮、拉伸、斷裂性能，並分析探討了壓縮過程中動態能量耗散特性。