岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (8): 2866-2879.doi: 10.16285/j.rsm.2025.0879CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.0879
申奉歧1,邱文亮1,齐琳2,邢明明2,陈胜1
SHEN Feng-qi1, QIU Wen-liang1, QI Lin2, XING Ming-ming2, CHEN Sheng1
摘要: 寒区裂隙岩体由于裂隙水的相变膨胀会受到冻胀力,造成裂隙扩展甚至岩体破坏。尽管已有研究开发了冻胀压力计算模型,但由水分迁移、相变传热及裂隙扩展构成的温度-渗流-应力多场耦合的裂隙岩石冻裂问题,仍是当前研究的难点。根据裂隙水冰相变的发展过程和机制,提出了等效水膨胀的方法模拟相变膨胀。利用COMSOL软件建立了多场耦合的有限元模型,对应力场、温度场和渗流场进行了耦合。基于冻结岩体冻胀力试验,建立了相应的多场耦合模型,从冻胀压力和裂隙扩展两个方面验证了所提出的多场耦合数值模拟方法。分析了冻结过程中,裂隙岩体的应力、损伤和变形。最后,在不同冻结方向下,分析了裂隙岩体的渗流和孔隙水压的演化规律。模拟结果表明,冻胀压力主要由裂隙水压构成,冻结区域的冻胀压力可以忽略;冻胀压力作用范围随冻结锋面推进而缩减;裂隙的扩展始于裂隙尖端的应力集中区,损伤向外围延伸;冻结方向显著影响渗流-水压响应:均匀冻结形成封闭冻结壳限制裂隙水渗流,而单向冻结使得裂隙水渗流出裂隙,使冻胀压力减小。所提出的方法可为揭示裂隙岩体冻融损伤机制以及寒区岩土工程的研究提供理论工具。
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