王川 等
相关曲线与上文图6和图7相同，根据4.1相应部分对于峰值强度与残余强度的分析结果，可知不同裂隙倾角下，岩体强度的损失率十分接近；0?裂隙倾角和30?裂隙倾角对应的岩体峰值强度较小，随着裂隙角度的增加，峰值强度会有较为明显的回升。
3) 塑性区扩展分布情况
取历经90次冻融循环后的不同裂隙倾角岩体，在模拟加载了16,000步后的塑性区发展情况为例，进行对比分析，如图12所示。
(a) 0? (b) 30? (c) 60? (d) 90?
Figure 12. Plastic zones distribution of rock mass with different fracture dip angles after 90 freeze-thaw cycles
图12. 90次冻融循环后不同裂隙倾角岩体塑性区分布图
通过上图对比，可知裂隙倾角对于塑性区的扩展范围具有十分明显的影响，随着裂隙角度的增大，塑性区的发展范围也随之增大，但塑性区基本上均呈对称分布的“W”型结构，证明不同裂隙倾角下岩体的损伤机理与破坏特征是一致的。
5. 结论
通过利用数值模拟方法，分别对不同裂隙倾角下和不同冻融循环次数下的单裂隙岩体冻融损伤破坏特征进行综合对比分析，可以得到以下结论：
1) 相同裂隙倾角条件下，在历经不同冻融循环次数后，岩体的应力–应变曲线形态是相同的，但峰值应力、残余应力以及弹性段的倾角都随冻融循环次数的增加而相应减小。此外，岩体峰值强度和残余强度在前30次冻融循环后下降明显，之后峰值强度下降趋势渐于平缓，而残余强度在中间30次循环过程中几乎没有变化，之后又开始缓慢降低。
2) 相同冻融循环次数下，不同裂隙倾角对岩体强度的影响程度有所差异，0?裂隙倾角和30?裂隙倾角对应的岩体峰值强度较小，影响显著，但随着裂隙角度的增加，岩体峰值强度会有较为明显的回升。
3) 在冻融荷载耦合作用下，裂隙岩体的破坏特征与常规条件下的规律是一致的，但是冻融作用的存在会大大加速裂隙岩体的破坏进程。
基金项目
山东省交通厅科技发展计划(2019B47_1)和国家自然科学基金(51879149)。
DOI: 10.12677/hjce.2020.99095
911
土木工程
王川 等
参考文献
[1] Winkler, E.M. (1968) Frost Damage to Stone and Concrete: Geological Considerations. Engineering Geology, 2,
315-323. https://doi.org/10.1016/0013-7952(68)90010-0 [2] Inada, Y.K. and Yokota, K. (1984) Some Studies of Low Temperature of Rock Strength. International Journal of Rock
Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts, 21, 145-153. https://doi.org/10.1016/0148-9062(84)91532-8 [3] 杨更社, 张长庆. 岩体损伤及检测[M]. 西安: 陕西科学出版社, 1998: 1-90. [4] 孙广忠. 论“岩体结构控制论” [J]. 工程地质学报, 1993, 1(1): 14-18.
[5] 唐江涛, 裴向军, 裴钻, 荆翔. 冻融循环作用下岩石的损伤研究[J]. 科学技术与工程, 2016, 16(27): 101-105. [6] 贾海梁, 项伟, 谭龙, 张伟丽, 曾雯, 曹慎, 程超杰. 砂岩冻融损伤机制的理论分析和试验验证[J]. 岩石力学与
工程学报, 2016, 35(5): 879-895. [7] 任建喜. 冻结裂隙岩石加卸载破坏机理CT实时试验[J]. 岩土工程学报, 2004, 26(5): 641-644.
[8] 李杰林, 周科平, 张亚民, 许玉娟. 基于核磁共振技术的岩石孔隙结构冻融损伤试验研究[J]. 岩石力学与工程学
报, 2012, 31(6): 1208-1214. [9] Park, J., Hyun, C.U. and Park, H.D. (2015) Changes in Microstructure and Physical Properties of Rocks Caused by Ar-tificial Freeze-Thaw Action. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 74, 555-565. https://doi.org/10.1007/s10064-014-0630-8 [10] 贾海梁, 刘清秉, 项伟, 张伟丽, 郎林智. 冻融循环作用下饱和砂岩损伤扩展模型研究[J]. 岩石力学与工程学报,
2013, 32(增2): 3049-3055. [11] Gao, F., Cao, S.P., Zhou, K.P., Lin, Y. and Zhu, L.Y. (2020) Damage Characteristics and Energy-Dissipation Mecha-nism of Frozen-Thawed Sandstone Subjected to Loading. Cold Regions Science and Technology, 169, Article ID: 102920. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2019.102920 [12] Nicholson, D.T. and Nicholson, F. (2000) Physical Deterioration of Sedimentary Rocks Subjected to Experimental
Freeze-Thaw Weathering. Earth Surface Process and Landforms, 25, 1295-1307. https://doi.org/10.1002/1096-9837(200011)25:12<1295::AID-ESP138>3.0.CO;2-E [13] Bahaaddini, M., Sharrock, G. and Hebblewhite, B.K. (2013) Numerical Investigation of the Effect of Joint Geometrical
Parameters on the Mechanical Properties of a Non-Persistent Jointed Rock Mass under Uniaxial Compression. Com-puters and Geotechnics, 49, 206-225. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2012.10.012 [14] 李树忱, 冯现大, 李术才, 袁超, 李文婷, 孙倩. 深部岩体分区破裂化现象数值模拟[J]. 岩石力学与工程学报,
2011, 30(7): 1337-1344. [15] 汪子华, 熊良宵. 含多组平行节理岩体的单轴压缩试验及数值模拟[J]. 地质灾害与环境保护, 2019, 30(4): 36-40. [16] 申艳军, 杨更社, 荣腾龙, 刘慧. 低温环境下含表面裂隙硬岩温度场及冻胀演化过程分析[J]. 岩土力学, 2016,
37(S1): 521-529. [17] 阎锡东, 刘红岩, 邢闯锋, 李超. 冻融循环条件下岩石弹性模量变化规律研究[J]. 岩土力学, 2015, 36(8):
2315-2322. [18] 张帆, 盛谦, 朱泽奇, 张勇慧. 三峡花岗岩峰后力学特性及应变软化模型研究[J]. 岩石力学与工程学报,
2008(S1): 2651-2655. [19] 田延哲, 徐拴海. 冻融循环条件下岩石物理力学指标相关性分析[J]. 矿业安全与环保, 2017, 44(4): 24-27.
DOI: 10.12677/hjce.2020.99095
912
土木工程
冻融循环条件下单裂隙岩体损伤破坏特征研究 - 图文
