应力–冻融耦合作用下砂岩变形与损伤特征研究

寒冷地区工程岩体承受应力和冻融循环的共同作用。在长期应力–冻融耦合作用下，岩石力学性能会产生显著弱化，造成工程岩体灾害。为了研究应力–冻融耦合作用下砂岩的变形和宏细观损伤特征，首先采用砂岩试样开展冻融循环试验，研究无应力作用下砂岩冻融循环过程中的冻融变形规律。然后提出一种基于颗粒流和颗粒膨胀的岩石冻融循环数值模拟方法，并采用该方法开展应力作用下岩石冻融循环数值模拟，研究轴向应力作用下岩石冻融过程中的变形和破裂演化规律。研究结果表明：无轴向应力时，随着冻融循环次数的增大，砂岩的轴向和径向应变先增大后基本保持不变；冻融循环过程中砂岩试样轴向和径向应变存在显著差异，试样径向应变大于轴向应变，砂岩试样轴向和径向应变的差异随着冻融循环次数的增多先增大后减小；轴向应力不为0时，试样轴向应变随冻融循环次数的增大逐渐减小，径向应变随冻融循环次数的增大逐渐增大；在冻胀力作用下，试样表面附近的裂纹密度大于试样内部的裂纹密度；冻融循环过程中，轴向应力会抑制裂纹沿与试样轴线夹角较大的方向起裂和扩展；冻融循环过程中，试样内的破坏以拉伸破坏为主；基于颗粒流和颗粒膨胀的数值模拟方法能够较好的模拟冻融循环过程中砂岩的...