冻融循环作用下板岩损伤劣化规律研究
刘利杰1
杨天鸿2
张鹏姣1
刘亚超2
1.准能集团公司科学技术研究院,内蒙古 鄂尔多斯 0103002.东北大学 资源与土木工程学院,辽宁 沈阳 110819
摘要：针对寒区露天矿边坡岩体在冻融环境下的损伤劣化问题,以内蒙古某典型露天矿边坡出露的多种板岩为研究对象,开展了冻融循环、单轴压缩、纵波波速测试等多项室内试验.试验模拟自然环境下的冻融过程,设置不同循环次数,系统分析冻融作用对板岩质量损失、纵波速度、力学参数等物理力学性质的影响规律.在获得岩体主要物性参数演化特征的基础上,构建了考虑冻融循环次数影响的损伤演化方程,并基于数值模拟方法对不同冻融阶段板岩的损伤扩展过程与破坏模式进行了深入分析.试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,板岩质量逐步减轻,纵波传播速度显著降低,单轴抗压强度和弹性模量持续衰减,整体呈现出明显的劣化趋势.弹性模量与冻融循环次数之间符合负指数衰减关系,在经过 20 次冻融循环后,弹性模量下降幅度超过 50%,表明冻融过程对岩体结构完整性具有显著削弱作用.在微观结构上,板岩内部初始微裂隙逐渐扩展并连通,损伤区域增大,局部裂纹发展为可识别的宏观裂缝;随着冻融循环次数的累积,板岩的破坏模式也由早期的单一贯通破裂面向多条非贯通裂缝并存的复杂破坏形态转变,破裂路径趋于分散化和非线性.数值模拟结果进一步表明,冻融损伤不仅降低了岩体整体承载能力,也促使损伤区集中分布于试样中部与两端结合部位,损伤场演化与应力集中区高度吻合.由此揭示了冻融循环对板岩强度和结构演化机制的耦合作用特征.
关键词：冻融循环岩体损伤劣化露天边坡弹性模量损伤模型数值模拟
分类号：TD824(矿山开采)
资助基金：鄂尔多斯市科技重大揭榜挂帅资助项目(JBGS-2023-003)国家重点研发计划(2022YFC2903903)
论文发表日期：2025-09-30
在线出版日期：2025-09-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 81-89 )
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