研制了一种新颖的数值实验方法本研究冻胀现象在破碎岩体开裂繁殖实验冻胀现象的物理过程。先前存在的失效模式关闭,被水浸透的个漏洞在冻胀现象过程中岩体倾角的影响,缺陷宽度、裂纹长度和冷却速度。此外,一个回归模型建立了预测次生裂纹形成和扩展通过结合多个逐步回归。总的来说,结果表明,先前存在的缺陷与不同倾斜角度、长度、缺陷和冷却率主要沿着flaw-coplanar方向传播。二次裂纹失效模式影响最严重的缺陷宽度,和二次裂纹的长度增加而增加倾角,缺陷宽度、长度和缺陷,但随冷却速率增加。调查的贡献因素二次裂纹长度按照顺序:缺陷宽度>倾角>冷却速率>缺陷长度。本文提供的结果提供了重要的理论指导工程和建设项目在寒冷的地区。
岩石非均质复合材料,可以开发缺陷,如裂缝、孔洞、关节,弱表面和夹层长期地质构造活动的结果。寒冷地区的基础设施建设项目在高海拔地区或经常面临冻结裂隙岩体损伤的问题,这是一个关键的工程挑战,不容忽视。有许多因素影响工程岩体的稳定性在寒冷地区
目前,冻胀现象和冻融工程灾害涉及裂隙岩体在寒冷的地区主要是通过理论计算和实验测量研究了冻胀现象的压力,以及通过分析冻融后岩石材料的力学性能。
有两个研究的想法,通常应用于理论计算的冻胀现象的压力。一个涉及确定胀压力范围基于环形隧道模型(
第二种方法等理论计算涉及到计算胀压力范围基于单个缺陷(
旨在根据经验确定胀压力范围,戴维森和奈
几个研究小组还研究了冻融后岩石材料的力学性能(
脆性岩石的力学行为的影响开始,传播,聚结的先前存在的岩石的缺陷。破解发展模式和微裂纹的位置二次裂纹引起的裂隙岩体胀压力范围具有重要指导意义在寒冷地区建筑工程。考虑岩石材料的非均质性,本研究建立了一个基于弹性力学形变场模型、热力学、断裂力学和提出了一种新颖的数值实验方法评价冻胀现象通过RFPA开裂二维热分析。数值实验系统繁殖物理冻胀现象开裂过程,并验证了该方法的可行性(部分
基于弹性损伤力学理论,RFPA二维可获得岩石材料分成几个元素不同的物理和机械性能,同时确保其材料特性服从威布尔分布(
第一组导热温度边界条件用于数值模拟。导热微分方程所描述的
冻胀现象分析裂隙岩体的应力应变场方程是表示所示
在弹性力学中,元素的弹性模量逐渐降低损害加重,和受损材料的弹性模量的定义
在冻胀现象,断裂的岩石开裂主要是受拉应力的影响。当一个元素的拉应力达到其单轴抗拉强度<我nline-formula>
在这种情况下,拉伸破坏发生在元素,损伤变量<我nline-formula>
胀开裂范围的拉伸损伤本构关系可以表示为裂隙岩体所示
验证的可靠性使用RFPA岩石冻胀现象分析二维热模块,模拟结果与实验研究对裂缝性红色砂岩的冻胀现象的压力特性进行了山等。
比较实验标本和数值模拟模型。
力学参数的岩石和冰。
| 抗压强度 | 抗压强度均匀性 | 泊松比 | 弹性模量 | 弹性模量均匀性 | 内摩擦角 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 单位 | ||||||
| 岩石 | ||||||
| 冰 |
热性能的岩石和冰。
| 热导率 | 热容量 | 热膨胀系数 | |
|---|---|---|---|
| 单位 |
|
||
| 岩石 | |||
| 冰 |
图
冻胀现象的模拟结果(a e)开裂模式与实验结果相比(f)。
4 h
13小时
17个小时
20 h
28 h
实验测量了胀压力范围为0.23 MPa (
云图显示的最小主应力开裂。
在数据
在模拟的冻胀现象过程中,微裂隙的数量是相对较小的早期阶段。冻胀压力的影响周围的介质不清楚在这个时候,宏观裂纹出现之前。在中间阶段的冻胀现象,微裂隙的数量迅速增加,宏观裂纹开始出现。基于数据
统计分析微裂纹发展过程中破碎岩石的冻胀现象。
唯一缺陷是最简单、最重要的岩体组成形式。一个漏洞岩体的力学性能也构成的基础研究复杂裂隙岩体的力学性能。本节讨论和分析缺陷的影响宽度、长度、倾角和冷却速率的开裂模式。冻胀现象的数值实验系统的可行性分析验证了部分
考虑0°的倾斜角度,30°、45°,60°、90°,假设一个缺陷的长度和宽度20毫米和1毫米,分别倾角的影响冻胀现象开裂的既存被水浸透的个主要问题进行了分析。
从岩石冻胀现象的实时监控过程在不同倾斜角度(图
冻胀现象开裂方式破碎岩石包含不同的倾斜角度:(a) 0°;(b) 30°;(c) 45°;(d) 60°;(e) 90°。
倾角为0°左右的长度大约3.475毫米。当倾角30°、45°,或60°左右的长度是6.243毫米,7.218毫米,8.851毫米,分别。倾角为90°时,二次裂缝长约9.538毫米;二次裂纹长度增加而增加倾角,主要是因为冻胀现象的压力达到极限强度的岩石中早在大倾角。这导致拉伸断裂,失败单位逐步形成二次裂纹。然而,二次裂纹必须出现在的一个先前存在的缺陷由于应力集中,无论倾角。
设置缺陷长度为20毫米和60°倾角,缺陷的宽度是不同的(即。,0.6,1,1.6,or 2 mm) to analyze the influence of the flaw width on the frost-heaving cracking of a preexisting closed and water-saturated single-flaw.
图
冻胀现象开裂方式破碎岩石含有各种缺陷宽度:(一)0.6毫米;(b) 1毫米;(c) 1.6毫米;(d) 2毫米。
在图
多元素的变化最小主应力沿路径很的宽度随着时间的各种缺陷:(一)0.6毫米;(b) 1毫米;(c) 1.6毫米;(d) 2毫米。
设置60°倾角和缺陷宽度为1毫米,缺陷长度不一(10、15、20、25毫米)来确定缺陷的影响冻胀现象开裂的长度既存和水饱和single-flaws关闭。
图
冻胀现象的破碎岩石破裂模式不同的缺陷长度:(一)10毫米;(b) 15毫米;(c) 20毫米;(d) 25毫米。
图
多元素的变化最小主应力沿路径b的长度随着时间的各种缺陷:(一)10毫米;(b) 15毫米;(c) 20毫米;(d) 25毫米。
先前存在的封闭的冻胀现象开裂过程和水饱和single-flaws分析通过设置一个45°倾角,1毫米的缺陷宽度,20毫米的缺陷长度,调节冷却速度(-0.5、1、2或4°C / h)。
图
冻胀现象的开裂模式破碎岩石受到各种冷却率:(一)-0.5°C / h;(b) 1°C / h;(c) 2°c / h;(d) 4°C / h。
曲线图在图
统计分析微裂纹发展过程中裂隙岩体的冻胀现象:(一)-0.5°C / h;(b) 1°C / h;(c) 2°c / h;(d) 4°C / h。
二次裂纹长度的变化作为倾角的影响,缺陷宽度、裂纹长度和冷却速率进行了研究。,一个回归模型预测二次裂纹长度建立了通过应用多元逐步回归方法。
多元逐步回归分析的主要步骤描述。首先,介绍了独立变量,包括倾角、缺陷宽度、裂纹长度和冷却速度。自变量与最重要的二次裂纹长度的影响<我nline-formula>
多元逐步回归方程所示
在表
二次裂纹长度和相关参数。
| 不。 | 二次裂纹长度<我nline-formula>
|
倾角<我nline-formula>
|
缺陷宽度<我nline-formula>
|
缺陷长度<我nline-formula>
|
冷却速率<我nline-formula>
|
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | |||||
| 2 | |||||
| 3 | |||||
| 4 | |||||
| 5 | |||||
| 6 | |||||
| 7 | |||||
| 8 | |||||
| 9 | |||||
| 10 | |||||
| 11 | |||||
| 12 | |||||
| 13 | |||||
| 14 | |||||
| 15 | |||||
| 16 | |||||
| 17 |
回归分化进行了通过该计划,和这项研究的结果发表在表
模型总结。
| 模型 |
|
|
调整<我nline-formula>
|
标准估计误差 | Durbin-Watson (DW) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 |
方差分析。
| 模型 | 平方和 |
|
均方 |
|
团体。 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | ||||||
| 剩余 | ||||||
| 总 | ||||||
系数进行回归分析。
| 模型 | Unstandardized系数 | 标准化系数 |
|
团体。 | 共线的统计数据 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
|
Std.错误 | 宽容 | VIF | |||||
| 1 | -5.966 | |||||||
| 缺陷宽度 | ||||||||
| 倾角 | ||||||||
| 冷却速率 | ||||||||
| 缺陷宽度 | ||||||||
这两个<我nline-formula>
考虑到<我nline-formula>
考虑到<我nline-formula>
回归方程的描述分析测试表明,该模型适用于预测。在建立模型中,缺陷宽度与二次裂纹长度呈正相关,相关系数为0.817。还有一个倾角之间的正相关和二次裂纹长度(<我nline-formula>
二次裂纹长度的回归预报方程所示
方程(
比较实际值和预测值。
| 程序 | 二次裂纹长度(毫米) | 相对误差(%) | |
|---|---|---|---|
| 真正的价值 | 预测价值 | ||
| 1 | |||
| 2 | |||
| 3 | |||
本文提供的模拟研究了倾角的影响,缺陷宽度、裂纹长度、裂纹扩展和冷却速度。的回归方程预测二级通过多元逐步回归分析建立了裂纹长度。结果证实,冻胀现象的压力在一个缺陷足以驱动沿共面裂纹萌生和传播方向无侧限条件下存在的裂纹。因此,冻胀现象过程可能很容易破坏表面附近的无侧限岩体裂缝水时可用。基于这项研究的结果,可以得出以下结论:
freeze-heaving过程中,既存的关闭,被水浸透的single-flaws各种倾斜角度,缺陷宽度,冷却速率和缺陷长度、主要沿着flaw-coplanar方向传播。然而,二次裂纹必须出现在先前存在的缺陷的顶端,因为应力集中
岩体的破裂模式缺陷宽度的影响是一个先前存在的单一的缺陷。随着缺陷宽度的增加,二次裂纹的变化从一个主要裂纹两种主要的裂缝,沿着路径和最小主应力值一的变化更加显著。随着缺陷宽度的增加从0.6到2毫米,最大最小主应力增加从0.08到0.5 MPa
二次裂纹长度增加而增加倾角,缺陷宽度,或缺陷长度,随冷却速率增加。二次裂纹形成的整个过程可分为潜伏期破裂,破裂增长时期,断裂稳定的时期
影响因素的缺陷宽度、倾角、冷却速率,和缺陷长度对应0.817,0.294,0.249,和0.207,分别导致订单贡献二次裂纹长度的缺陷宽度>倾角>冷却速率>缺陷长度。模型预测次生裂纹长度从而建立如下:<我nline-formula>
,冻胀现象的模拟裂缝的破裂岩体简化模型探究温度和应力场的耦合。描述工作考虑围岩介质的破裂引起的冰裂纹的扩张在0°C的环境温度。本研究也侧重于阐明二次裂纹形成和传播之间的关系和既存的冰裂纹;然而,这忽略了水冰相变的影响。因此,在我们实验室正在进行的研究是旨在进一步充实了理论模型和重建RFPA软件将水冰相变过程。
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
我们声明我们没有金融和个人关系与他人或组织不当会影响我们的工作;没有专业或其他任何性质的个人利益或在任何产品,服务或公司可能被视为影响的位置,或审查,手稿。
这个项目是由中国国家重点研发项目(批准号2018 yfc1505001),开放式基金的冻土工程国家重点实验室(批准号SKLFSE202013),中国国家自然科学基金(51874065)。
高光。