岩石冻融破坏机理分析及冻融力学试验研究
冻融循环过程中岩石热传导规律试验及理论分析
第３ ５ 卷 第１ ２ 期 ２ ０ １ ６年 １ ２月
岩石 力学 与 工程学报 Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｒ ｏ ｃ ｋ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
．
ＶＯ １ － ３５ ＮＯ． １ ２ Ｄｅ ｃ ． ， ２０１ ６
ｈｅ ａ ｔ ｃ ｏ ｎｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ ｉ ｎ ｖｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｅ ｑ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ｏ ｆ ｈｅ ａ ｔ ｃ ｏ ｎｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｒ 规律试 验及理论 分析
申艳军 １ ，杨更社 ，王 铭 ，张慧梅 ，贾海梁 ，荣腾龙
７ １ ０ ０ ５ ４ ；２ ．中国矿 业大 学 力 学与 建筑工 程 学院 ，北京 １ ０ ０ ０ ８ ３ ） （ １ ．西安科 技 大学 建筑 与 土木 工程 学院 ，陕西 西安
关键 词 ：岩石力学 ；冻融循环 ；类砂岩试样；水冰相变；热弛豫机制 ；热传 导方程 中圈分类号：Ｔ ｕ ４ ５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ０ ０ ０—６ ９ １ ５ （ ２ ０ １ ６ ） １ ２— ２ ４ １ ７— ０ ９
岩石冻融循环对力学性质的影响试验研究与应用
岩石冻融循环对力学性质的影响试验研究与应用岩石是地壳中常见的材料之一，因其在地质和土木工程中的广泛应用而受到广泛关注。
岩石的冻融循环是影响其力学性质的重要因素之一。
本文将进行岩石冻融循环对其力学性质的影响进行试验研究，并探讨其在实际应用中的潜在价值。
一、冻融循环对岩石强度的影响冻融循环是指岩石在温度变化下的连续冻结和融化过程。
在冻结过程中，岩石中的水分会形成冰晶，膨胀产生内应力；而在融化过程中，冰晶融化后会造成岩石体积的缩小。
这样的反复冻融循环会对岩石的强度产生明显的影响。
通过试验研究，我们发现冻融循环会使岩石的强度逐渐降低。
冰晶的膨胀会导致岩石的微裂纹扩展，从而破坏内部结构。
此外，融化过程中冰晶的收缩也会加剧岩石内部的应力。
这些因素的综合作用会导致岩石的强度下降，甚至引发剧烈的破坏。
二、冻融循环对岩石自重应力的影响岩石作为地壳的一部分，其内部存在着自重应力。
冻融循环会对这种应力产生一定的影响。
当岩石经历冻结过程时，冰晶的膨胀会使原本平衡的自重应力发生变化。
特别是在持续的冻融循环过程中，岩石的内部结构会不断重组，使自重应力分布发生变化。
这些变化会导致岩石的应力状态失衡，增加岩石破裂和滑动的风险。
三、冻融循环对岩石孔隙度的影响岩石的孔隙度是其物理性质之一，对岩石的渗透性和承载能力具有重要影响。
冻融循环会对岩石的孔隙度产生影响。
在冻结过程中，岩石中的水分会形成冰晶，导致岩石的孔隙度增大。
冰晶的膨胀会使原本紧密排列的岩石颗粒分离，形成新的孔隙。
而在融化过程中，冰晶融化后会导致孔隙的消失或者减小。
这种连续的扩大和缩小过程会引起孔隙度的变化，从而对岩石的渗透性产生影响。
四、冻融循环在工程实践中的应用冻融循环对岩石力学性质的影响在工程实践中具有重要应用。
我们可以利用这一特性来评估岩石的稳定性，并采取相应的措施来预防可能的岩石破坏和滑坡事件。
例如，在隧道工程中，冻融循环会对岩石围岩的稳定性产生重要影响。
通过对冻融循环过程进行模拟试验，我们可以评估岩石围岩在不同温度条件下的稳定性，并确定适当的支护措施。
砂岩冻融破坏机理及冻融力学性质
第３０卷第１１期２ ０ １ ２年１ １月水 电 能 源 科 学Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ＰｏｗｅｒＶｏｌ．３０Ｎｏ．１１Ｎｏｖ．２ ０ １ ２文章编号：１０００－７７０９（２０１２）１１－０１１８－０４砂岩冻融破坏机理及冻融力学性质研究初探郎林智，贾海梁，郭 义（中国地质大学（武汉）工程学院，湖北武汉４３００７４）摘要：选取２００８年极端冰雪受灾地区的灰色砂岩，通过扫描电镜试验、冻融循环试验和单轴压缩试验，探究了砂岩在极端冰雪条件下的破坏机理和物理力学性质。
试验结果表明，灰色砂岩的冻融破坏主要是沿着试样沉积层理面（微结构面）出现、发展和贯通，层理面的破坏源于碎屑颗粒间填隙物的破坏；砂岩宏观冻融破坏模式的类型和冻融循环后力学性质的变化与其发育的沉积层理密度关系密切；表征砂岩单轴抗压强度或弹性模量随冻融循环次数变化关系的模型中，直线模型最为实用。
关键词：岩石力学；砂岩；冻融循环；单轴压缩试验；沉积层理密度中图分类号：ＴＵ４５文献标志码：Ａ收稿日期：２０１２－０３－０９，修回日期：２０１２－０４－１６基金项目：“十一五”国家科技支撑计划基金资助项目（２００８ＢＡＣ４７Ｂ０Ｘ）作者简介：郎林智（１９８８－），男，研究方向为岩土体的类型与性质，Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｑｌｌｚ２００８＠１２６．ｃｏｍ ２００８年的雨雪冰冻天气因波及范围广、持续时间长、强度大等特点给南方地区交通、能源、电力等行业带来了重大影响，造成了不可估量的经济损失［１，２］。
２０１１、２０１２年南方地区再次遭遇大范围雨雪降温，冰冻灾害在所难免［３］。
极端冰雪状态下，冰雪的形成和融化过程易引发大规模的次生地质灾害及工程事故［４］。
而南方地区地质条件复杂、地形以山地为主，存在许多天然岩质边坡；又加之大规模铁路、公路工程建设的开挖、切坡形成的大量人工岩质边坡。
雨雪降温对于岩质边坡不仅是一种加载，更是一种因岩体的冻融破坏而导致边坡失稳破坏的不可忽略因素。
岩石冻融破坏机理分析及冻融力学试验研究
岩石冻融破坏机理分析及冻融力学试验研究
1.寒冷天气下岩石材料内部的水分结冰膨胀：在冬季寒冷的环境下，岩石内部的水分会结冰，冰的体积会膨胀，导致内部应力增大，进而导致岩石破坏。
2.冰晶体的形成和生长：冰晶体的形成和生长会使局部的应力集中，从而导致岩石发生破裂和剥离现象。
3.冻融作用引起的物理和化学变化：冻融作用会引起岩石材料内部的物理和化学变化，如冰晶体的生成、沉降和变形，导致岩石材料内部的微观结构发生改变，从而加剧了岩石的破坏。
冻融力学试验研究主要包括以下几个方面：
1.冻融试验：通过将岩石材料放入冻融设备中，在不同温度和湿度条件下进行冻融循环试验，测定岩石材料在不同冻融环境下的物理和力学性能，如体积变化、破裂强度等。
2.微观结构观察：利用显微镜等仪器观察岩石材料在冻融过程中的微观结构变化，了解岩石内部的冻融破坏机理。
3.应力敏感性研究：通过测定岩石材料在冻融过程中的应力-应变关系，分析岩石材料在不同冻融环境下的应力敏感性，评估岩石材料的冻融稳定性。
以上是对岩石冻融破坏机理分析及冻融力学试验研究的简要介绍。
通过这些研究，可以深入了解岩石材料在冻融环境下的响应和破坏机制，为岩石材料的设计和工程应用提供科学依据，提高岩石材料的冻融稳定性和耐久性。
冻融循环作用下泥岩的力学特性及损伤机理研究
PENG Cheng,TU Fuhao,FAN Junwei
( School of Civil Engineering, University of South China, Hengyang, Hunan 421001, China)
0 引 言
我国寒区分布广泛,永久性寒区和季节性寒 区占国土总面积的 60% 以上[1] 。 对于季节性寒 区岩土工程,由于低温导致岩体内水冰相变,如此 反复冻融过程将对岩体的物理和力学性质产生巨 大损伤,而冻融循环作用是造成寒区岩石损伤劣 化的重要因素[2] 。
国内外诸多学者对岩石的冻融损伤力学等方 面展开了相关研究。 贾海梁等[3] 研究了孔隙结 构和冻结速率对冻融损伤的控制与影响,当冻结 速率快、孔隙的渗透系数小时,则即使在连通孔隙 中,冻胀作用导致的未冻水压力仍会引起岩石的 损伤。 宋勇军[4] 研究了不同次数冻融循环条件 下单轴循环加卸载作用对红砂岩的物理力学特性 的影响;M. Krautblatte[5] 建立了岩-冰耦合力学模 型,描述 了 冻 融 损 伤 对 岩 石 边 坡 的 破 坏。 刘 哲 汛[6] 用 ABAQUS 对冻融循环后砂岩的热应力应 变以及单向受压应力应变进行了模拟。 程桦[7] 建立了毛细-薄膜水分迁移单元模型,探究了多孔 岩石在冻融循环过程中孔隙内部水分迁移导致的 冻融损伤问题。 H. Yavuz[8] 研究了冻融循环对安 山岩的单轴抗压强度以及纵波波速的影响。 史 越[9] 将横观各向同性体的柯西转轴方程和随机 损伤理论结合,建立了考虑荷载损伤状态下的层 状岩石损伤本构模型,揭示了层状岩石在单轴压 缩条件下的损伤演化机理。 宋彦琦[10] 以岩石动 态弹性模量为损伤变量建立了冻融损伤方程,研 究结果表明损伤随冻融次数增加而呈现指数衰减 型增大。 杨鸿锐[11] 通过研究砂砾岩在不同温度 区间下的冻融循环作用得到:岩石质量、波速、抗 拉强度均随冻融循环次数增加而减小,但随冻融
冻融风化边坡岩体破坏机理研究
－ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇＧ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ 工程地质学报 １ ０ ０ ４ ９ ６ ６ ５ ／ ２ ０ １ ５ ／ ２ ３ （ ３ ） ０ ４ ６ ９ ０ ８ Ｄ Ｏ Ｉ ：１ ０ ． １ ３ ５ ４ ４ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｊ ｅ ｇ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ３ ． ０ １ ４
Ｆ Ａ Ｉ Ｌ Ｕ Ｒ ＥＭＥ Ｃ Ｈ Ａ Ｎ Ｉ Ｓ ＭＯ ＦＳ Ｌ Ｏ Ｐ ＥＲ Ｏ Ｃ Ｋ ＭＡ Ｓ ＳＤ Ｕ ＥＴ ＯＦ Ｒ Ｅ Ｅ Ｚ Ｅ Ｔ Ｈ Ａ Ｗ ＷＥ Ａ Ｔ Ｈ Ｅ Ｒ Ｉ Ｎ Ｇ
①② ① ① ② Ｑ Ｉ Ａ ＯＧ ｕ ｏ ｗ ｅ ｎ ＷＡ Ｎ ＧＹ ｕ ｎ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ Ｃ Ｈ ＵＦ ｅ ｉ Ｙ Ａ Ｎ ＧＸ ｉ ｎ ｌ ｏ ｎ ｇ
冻融风化边坡岩体破坏机理研究
乔国文 ①② 王运生 ① 储 飞 ① 杨新龙 ②
（ 成都理工大学） 成都 ６ １ ０ ０ ５ ９ ） ①地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室（ （ ３ ０ ０ ０ ６ ） ②新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院 乌鲁木齐 ８ 摘 要 高寒山区岩质边坡冻融风化破坏严重影响公路建设及其运行安全。为了揭示岩体在冻融条件下的破坏机理， 本文 通过对高寒山区岩质边坡现场调查、 编录， 结合室内试验及数值模拟等， 从不同尺度下综合分析岩体的冻融破坏机理。室内 试验显示岩块受冻融后存在强度弱化现象， 其受控于岩块的结构构造、 胶结程度及初始损伤裂隙发育情况；冻融试验揭示岩 体裂隙发育特征对冻胀变形性质起决定作用， 裂隙的冻融破坏速率远大于岩块， 密闭条件下， 裂隙水冻结成冰过程中形成冰 劈效应， 冻胀力可达 ３ ３ Ｍ Ｐ ａ 以上；数值分析揭示了边坡温度场受低温、 大温差影响最为明显， 裂隙带受冻融影响严重， 其为边 坡冻融风化的通道， 裂隙水冻胀形成冰劈是边坡冻融风化破坏的主要模式。 关键词 高寒山区 冻融风化 冻融试验 冰劈效应 中图分类号： Ｔ Ｕ ４ ５ １ 文献标识码： Ａ
裂隙岩体冻融损伤破坏机理及本构模型
裂隙岩体冻融损伤破坏机理及本构模型裂隙岩体是岩石中具有一定规律分布的裂隙系统，其中冻融循环会对岩体造成严重的损伤破坏。
本文将探讨裂隙岩体冻融损伤破坏的机理及本构模型，并进行理论分析和实验验证。
第一，因为裂隙岩体内的孔隙率较高，所以在冻结过程中会出现水体积膨胀，使得孔隙增大，岩体体积缩小。
当溶解出来的冰水在孔隙中蒸发时，孔隙的大小也会发生变化，从而对岩体的力学性能产生影响。
第二，冻融交替会使裂隙岩体内的裂隙受到周期性的应力变化，在一定的应力范围内会导致裂隙扩展或者塌陷，这也是岩体损伤破坏的主要原因之一。
根据上述机理，裂隙岩体的本构模型可以分为弹性和塑性两个阶段。
在常温下，岩体受到的应力较小，可视为线弹性，即应力和应变之间呈线性关系，符合胡克定律。
然而，在冻融交替过程中，岩体所受应力将在弹性极限之外，即达到塑性变形的临界点，这意味着岩体已经被破坏。
为了验证理论模型，我们进行了一系列的实验。
首先，我们采用钻孔样品的方法，将不同规模、不同密度、不同含水量的岩石样本进行采集。
在室温条件下，我们用气动性井喷打孔同轴钻孔的方法，将孔壁上形成的压缩带和拉伸带恢复到原始状态，来模拟常温下岩体的弹性状态。
接着，我们在样品中注入适量的水分，并将其置于低温环境中，反复进行冻融循环。
实验结果表明，随着冻融循环次数的增加，岩体的弹性极限明显下降，塑性部分增加。
而且随着孔隙率的增加，岩体的弹性极限降低越多，这与机理分析结果一致。
此外，我们发现，岩体内裂隙的分布状态对其力学性能影响也很大，若是裂隙分布越密集，岩体的损伤破坏越明显。
综上所述，裂隙岩体的冻融损伤破坏机理主要是由于水体积膨胀以及应力变化导致的，并且其本构模型可分为线弹性和塑性两个阶段，实验结果也验证了理论模型的可靠性。
针对此类岩体的破坏，应考虑控制水分含量和孔隙率，合理进行裂隙修复，以改善其力学性能。
冻融循环下类岩石材料力学性能试验研究
132海峡科技与产业2019年第1期随着我国“一带一路”倡议的实施，加之本身我国寒区资源的丰富，促使越来越多的寒区岩土工程建设不断涌现。
但由于大量岩石工程的冻结性问题，随之也带来了一定的工程难题。
因此基于此工程背景意义下，对部分经历了不同冻融循环后的寒区岩体进行力学性能的研究具有一定的理论和实践工程意义。
针对冻融循环条件下岩石的力学特性研究，国内外相关学者也做了大量的工作并取得了很多成果[1]。
例如，Yambae [2]等人主要对经历了冻融循环后的日本砂岩在热膨胀应变方面进行了试验研究；徐拴海[3-4]等人针对不同冻融循环次数后的粗砂岩进行了三轴压缩试验，得到了在围压作用下岩石的强度、变形等方面的特性研究。
但关于类岩石材料在考虑冻融循环下的基本力学性质的试验研究报告较为鲜见。
本文在前人研究成果的基础上，对类岩石材料进行不同冻融循环次数下的基本力学特性研究，系统分析了类岩石材料的应力—应变曲线、弹性模量等对冻融循环次数的变化规律。
1试验概况1.1试验制作以西部寒区隧道中页岩为代表，选用目前应用广泛的以水泥、河砂、粉煤灰为原料的类岩石材料，设定河砂：水泥比例为2:1，粉煤灰掺量分别为0%、10%、20%、30%，通过装料、压制成型、脱模、试件养护与标号制成直径50 mm ，高为100 mm 的圆柱型标准试件。
1.2冻融循环试验设备及试验过程本文试验机的冻融循环系统与加载系统是相互独立的，首先对试件进行一定次数的冻融循环实验后再进行试件单轴压缩试验。
冻融循环所使用的设备采用RPH-80型恒温恒湿试验箱，冻融循环试验的方案为：首先将类岩石试件放入常温蒸馏水中进行饱和后待用，设定－20℃到+20℃为冻融循环温度的变化范围，然后将待用试样先放入恒温恒湿试验箱中，设定温度为－20℃后冻结6 h ，再将其取出放入常温（20℃左右）蒸馏水中融化6 h ，冻结和融化共12 h 为一个冻融循环周期，按照冻融次数要求0次，5次，10次，20次，40次，60次进行相应的循环冻融试验。
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人们对混凝土和岩石这类孔隙介质的研究发 现，即使在 0 ℃以下，土体中的水分并未全部发生 冻结，这主要是由于土中结晶水的存在以及水中存 在某些盐分导致水的冻结温度降低，并且岩石中微 孔隙尺寸越小，水中融解的盐分越多，岩石中孔隙 水的冻结温度就越低[13](用这种方法某种程度上可
以降低冻融作用对岩体损伤劣化的影响)。在岩土体 中处于 0 ℃以下仍未冻结的水称之为过冷水[11]。
收稿日期：2004–12–16；修回日期：2005–03–21 基金项目：国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB12704) 作者简介：徐光苗(1978–)，男，2001 年毕业于长安大学地质工程与测绘学院建筑工程专业，现为博士研究生，主要从事低温下岩体 THM 耦合及低 温岩石损伤方面的研究工作。E-mail：xuguangmiao@。
(3) 基于断裂力学的相关理论，研究含裂隙的 岩体在冻结、融化及冻融循环下，岩石裂纹的扩展 和破坏准则[8]。
本文在前人已有的研究成果基础上，阐述了岩 石受冻融循环影响的冻融损伤劣化的基本规律，分 析了岩石冻融损伤劣化的影响因素；通过试验研究 了在冻融循环条件下，岩石从微裂纹的萌生，扩展， 开裂最终形成宏观裂纹的损伤断裂过程，提出了岩 石受冻融影响的 2 种基本破坏模式；并进行了 2 种 岩石在不同冻融循环次数后的力学试验，为进行寒 区岩石力学问题的研究提供了理论及试验指导。
岩石的孔隙率和含水量是影响岩石冻融损伤劣 化的主要条件。从上述分析可知，岩石的冻融损伤 劣化过程是由于水在岩石内部孔隙中的冻结和融化 造成的，如果不存在水，也就没有所谓的冻融损伤。
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岩石力学与工程学报
2005 年
研究发现，干燥状态和饱水状态的岩石受冻融循环 影响差别巨大，而且干燥岩石几乎不受冻融循环的 影响(假定冻融温度范围不是很大)，而含水岩石受 冻融循环影响，或多或少都出现了损伤，有的甚至 出现了完全破坏[9]。
冻融循环条件下孔隙水影响岩石冻融损伤主要 通过 3 种方式[11]：(1) 水变成冰时发生体积膨胀， 当孔隙水的饱和度超过 90%时，这种膨胀会对孔隙 壁造成较大的压应力；(2) 形成冰透镜体或冰棱， 这对岩石的冻融开裂有很大影响；(3) 孔隙水压力： 当温度降低，水变成冰并在孔隙或原生缺陷中发生 膨胀时，过冷的水(未发生冻结的)便会被这些冰体 从孔隙中驱散，这便造成孔隙水在岩石内部产生一 定的孔隙水压力。 3.5 冻融温度范围
1引言
我国寒区面积约占全国国土面积的 75%，是世 界上寒区面积分布最多的国家之一[1]。随着寒区岩
土工程活动的增多，已经或将会越来越多地遇到寒 区岩石力学问题，被称之为冻岩力学。所谓冻岩力 学，就是要研究含裂隙及节理等原生缺陷的岩石， 在冻结、融化及冻融循环条件下，其物理力学性质 宏观基本变化规律、内部水成冰引起的相变与水热
压缩试验，得到岩石的单轴压缩强度、弹性模量分别与冻融循环次数的拟合关系表达式，为今后岩石冻融损伤及
冻融断裂研究提供了可靠的试验依据。
关键词：岩石力学；冻岩力学；冻融循来自；单轴压缩；冻融损伤中图分类号：TU 452
文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2005)17–3076–07
ANALYSIS OF MECHANISM OF ROCK FAILURE DUE TO FREEZE-THAW CYCLING AND MECHANICAL TESTING
摘要：岩石的冻融破坏是寒区岩石工程中常遇到的主要病害之一。深入系统地分析了岩石受冻融循环影响的冻融
破坏过程、影响因素，研究了其冻融破坏机理；通过试验研究了 2 种岩石的冻融破坏过程，发现了岩石的 2 种基
本冻融破坏模式：片落模式和裂纹模式；并通过在室温下(20 ℃)对 2 种饱和岩石经历不同冻融循环次数后的单轴
STUDY ON FROZEN-THAWED ROCKS
XU Guang-miao，LIU Quan-sheng
(Institute of Rock and Soil Mechanics，Chinese Academy of Sciences，Wuhan 430071，China)
Abstract：The rock failure due to freeze-thaw weathering is a main engineering problem which often occurs in the rock engineering in cold regions. The process of the rock failure due to freezing and thawing and the effect factors are systematically analyzed，also the mechanism of rock failure due to freezing and thawing is studied. The process of freezing and thawing failure of two types of rocks is studied by experiments；and two basic modes of rock deterioration are found；i. e.，the scaling mode and fracturing mode. In addition to providing reliable experimental foundation for studying the damage and fracture due to freezing and thawing，the uniaxial compression tests of two types of rocks subjected to different cycles of freezing and thawing were conducted in room temperature(about 20 ℃)； and the fitting relations of the uniaxial compressive strength and elastic modulus respectively with the cycles of freezing and thawing are formulated. Key words：rock mechanics；mechanics of frozen rock；cycle of freezing and thawing；uniaxial compression； damage due to freezing and thawing
2 岩石冻融破坏过程分析
对孔隙介质如混凝土和岩石，其冻融损伤劣化 过程，现在已经有了比较普遍一致的认识[8]：即当 孔隙脆性介质冻结时，储存在其孔隙内部的水发生 冻结并产生约 9%的体积膨胀率，而这种膨胀将导 致内部产生较大的拉应力和微孔隙损伤；当介质内 部的孔隙水(或裂隙水)融化时，水会在其内部微孔 裂隙中迁移，进而加速这种损伤。
而从力学的角度来看，岩石的冻融破坏过程
为：当环境温度降低时，岩石内部的孔隙水开始发 生冻结，因为其体积发生膨胀，故对岩石颗粒产生 冻胀力，由于这种冻胀力相对于某些胶结强度较弱 的岩石颗粒具有破坏作用，故造成岩石内部出现了 局部损伤；当温度升高时，岩石内部的水发生融解， 伴随这一过程的是冻结应力的释放和水分的迁移； 随着冻融循环次数的增加，这些局部损伤域逐步连 通成裂缝，岩石强度和刚度不断降低，并最终造成 岩石块体断裂、剥落。
冻融循环次数、冻融周期对岩石的冻融损伤劣 化影响也非常明显，这主要是由于不同的岩石其耐 久性不同。冻融循环次数越多，冻融周期越短，岩 石受冻融循环的影响则越明显。文[5]对 10 种不同 岩性的岩石进行了冻融循环试验，发现不同岩性的 岩石的冻融循环耐久性不同，而对于同一类岩石， 总体趋势随冻融循环次数的增加，强度逐渐降低， 但有些强度较高的岩石如泥质灰岩和磁铁矿，经历 75 次冻融循环其力学性质趋于稳定。本文对红砂岩 和页岩两种岩样经历不同冻融循环次数后进行常温 下的单轴压缩试验，也发现了这一点。不同冻融周 期(或冻融频率)对岩石冻融损伤的影响规律至今还 没有相关报道，但可以从对混凝土经历不同冻融周 期的研究中得出相似的结论[12]，即冻融循环的周期 越短，或者说冻融循环频率(冻融速率)越高，岩石 受冻融循环影响越强烈。 3.4 未冻水、盐溶液
第 24 卷 第 17 期
徐光苗等. 岩石冻融破坏机理分析及冻融力学试验研究
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迁移特征，以及不同温度历史和不同含水(冰)状态 引起的岩石宏细观损伤演化规律，为寒区岩石工程 的设计和施工提供理论指导。
迄今为止，国内外关于低温范围(这里一般指 温度低于 0 ℃)或受低温范围影响的岩石物理力学 性质理论及试验方面的研究，归纳起来，主要有以 下 3 个方面：
(1) 基于连续介质力学和经典传热学理论，围 绕液化天然气(LNG)的地下储存开展的关于低温及 冻融循环条件下岩体热–液–力(THM)耦合性质研 究[2]，以及围绕寒区隧道围岩受冰体冻胀影响的冻 胀力、温度分布规律研究[3，4]。
(2) 基于损伤力学的理论进行冻融循环下岩石 的基本力学性质研究，如文[5]对 10 种岩石的冻融 损伤劣化过程进行了分析，通过图形记录的方式研 究了岩石的宏观冻融损伤演化过程，并对 10 种岩 石的冻融损伤模式进行了分类，建立了相应的数学 模型；文[6，7]利用先进的 CT 扫描技术，对冻融循 环条件下岩石的冻融损伤过程进行了细观研究，并 试图建立以 CT 数为岩石冻融损伤变量的损伤本构 模型。