摘要
本文在冻土力学的基础上将软岩冻融力学作为一个课题提出来,并具体指出它所包含的内容与拟解决的关键问题,针对西部特殊环境具体的解决冻融环境的变化对岩体,特别是软弱岩体的稳定性影响。软岩强度低,孔隙度大,胶结程度差,含有大量膨胀性粘土矿物的松,散,软,弱岩层，当大气温度升高使冻结岩体温度变为正温，岩体中的冰消融，出现融沉现象，这在硬岩中表现不明显，但对于软岩来说仍会有融沉现象发生。液态水的增加使岩体强度显著降低，从而影响工程的安全，液态水的增加还可导致水分迁移发生。在冻结融沉过程中由于水热状态变化，引起岩体应力应变发生变化，可使工程结构产生破坏，因此详细了解软岩水热力的耦合不是一个简单的过程，本文首先根据软岩的特殊物理特性提出了软岩的水热迁移机理，根据连续介质理论，热传导和质量迁移理论建立了软岩水、热、力耦合的基本数学物理模型。用有限元ANSYS模拟隧道围岩冻融循环的温度场分布、模拟了隧道围岩在温度荷载作用下的应力场分布，了解了隧道围岩冻胀力的分布趋势,和大板山隧道实测数据相符。
将软岩视为空间弹性体，提出了岩体在冻结过程中的水分场，温度场，应力场三场耦合的一般数学模型，在此条件下，视水压力为软岩受到的内应力，给出了以材料模量为参数的任意流变时刻的损伤因子方程。同时依据连续介质力学及热力学理论,采用损伤与力学本构相耦合的原则,提出软岩粘弹塑的本构关系理论。本章初次把冻融软岩与力学变形损伤结合起来，希望可以得到更好的论证。
This thesis put up the freezing-thawing mechanics of soft rock basing on the frozen soil which has developed. The problems involved and proposed problems need to solve have all pointed out. With the development in the west of China, the cold regions engineering become more important, especially the engineering geology and geotechnical engineering problem, which freezing-thawing environment affect the stability of cold region soft rock mass structure. Because the soft rock possess the special weak, high void ratio, expensive mineral and loose characteristics, it is not easy to master clearly the process of soft rock freezing-thawing. During the process of freezing and thawing , moisture and heat will transfer greatly ,which impart the stress distribution in the soft rock mass, so that cause the engineering structure to failure. In cold region , frozen heaven force is the main factor to the stability of engineering. This thesis base on the analysis of the physics properties of soft rock and the water-rock interaction ,according to the continuum medium theory, heat conduct and mass transfer theory, the basic equation was set up ,taking into account the main processes during soft rock freezing-thawing, including rock water movement, heat conduct, phase change of water and relevant latent heat. With the application of FEM software ANSYS, simulating the temperature field distribution of soft rock tunnel and the coupled simulation of temperature-stress field. The result is accorded with the practice.
Regarding the soft rock as space elasticity mass, we set up the moisture-heat-stress coupling models, meantime, the damage of the mechanical properties should also be taken into account. Through analytical method to work out the value of frost heaving force, utilizing the equation of rheologial damage to determine the soft rock damage parameter and elastic modulus in the different stage . This is a new topic, it will supply a valuable reference in practical engineering study.
引文
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