西藏高海拔地区冻岩冻融循环过程中劣化规律研究

摘要

冻岩在学术届公认的定义为在零温或负温的条件下，内部含有冻结成冰的水存在的岩体。现在对冻土的研究已经十分成熟，但对于土体性质迥异的岩体在冻融循环条件下的劣化损伤规律尚无明确系统的理论。西藏地区八宿-波密段由于国家经济发展的需要有很多在建和待建的寒区工程，这些工程不可避免地面临着冻岩冻融灾害的威胁，因此本文从现场调查取样出发，针对八宿-波密区域的岩体性质进行冻岩冻融循环损伤劣化规律的分析。
　　首先通过前人的研究和现场野外实地调查，结合当地的水文地质气象资料对研究区域进行了工程分区，以伯舒拉岭为界，波密地区地温较低湿润并且植被覆盖好，冻岩出露较少，而八宿地区干燥气温较高，植被覆盖很少，有可见的冻岩冻融循环破坏过程中的露头，据此预估了两地区进行了不同的冻融作用效应明显的高程面，对冻融循环中冻岩灾害体量计算有帮助作用。
　　然后从现场取得岩样，运送回实验室制备得到标准试样。设定温度范围为-20℃至20℃进行了6h低温冷冻6h常温融解合计12h一循环的50次冻融循环试验。根据不同组别对0次、10次、20次、30次、40次、50次冻融循环后的岩样进行了质量、外观等宏观表征测量和超声波波速、单轴抗压试验等物理力学试验。根据得到的数据分析了水饱和与否、岩性细观结构、冻融次数等不同影响因素对冻融循环劣化作用的影响，以及冻融循环作用对材料脆性、峰值强度、弹性模量等物理力学特征的劣化损伤作用。
　　最后结合前文的实验数据从细观损伤和宏观表征劣化两个方面推导了冻融及荷载的综合损伤变量公式，经实验数据比对相符。公式表述了荷载和冻融的共同作用使得总劣化程度加剧，但是共同作用的耦合使得总损伤弱于两个损伤的叠加。代入现实资料得到了研究区域内三种不同岩性岩石的受荷冻融总损伤变量，对于之后的工程建设有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题的背景和研究意义

1．2 国际和国内的研究现状

1．2．1 冻融循环劣化的影响因素

1．2．2 冻岩物理力学性质研究

1．3 研究的主要目标

1．4 研究的主要内容

1．5 选题的研究思路及方法

第二章 研究区域基本工程地质条件

2．1 地质背景

2．2 地层岩性

2．3 气象与水文地质条件

2．3．1 波密-林芝地区

2．3．1 八宿地区

2．4 冻岩的工程分区

第三章 冻融循环实验研究

3．1 冻融循环实验

3．1．1 原位放置实验及取样

3．1．2 试样制备及实验仪器

3．1．3 冻融循环过程

3．2 冻融循环实验现象及分析

3．2．1 冻融循环实验外观损伤情况

3．2．2 冻融循环实验质量变化分析

3．3 本章小结

第四章 声波波速测试及单轴抗压强度试验

4．1 声波波速测试及现象分析

4．1．1 声波波速测试所使用的仪器

4．1．2 声波波速试验结果及分析

4．1．3 声波波速试验结果总结

4．2 单轴抗压强度试验及现象分析

4．2．1 单轴抗压强度试验使用的仪器及实验安排

4．2．2 单轴抗压强度试验结果分析

4．2．3 应力-应变曲线分析

4．3 本章小结

第五章 冻融受荷载岩石的损伤方程

5．1 荷载与冻融耦合作用下的本构关系

5．2 岩石受冻融循环和荷载作用的总损伤的演化方程

5．3 计算实例

5．4 本章总结

结论

致谢

参考文献