裂隙岩石冻融循环下裂纹扩展特征研究

陈国庆^1,2,3，周玉新¹，魏涛^1,2,3，杨洋^1,2,3

1. 金属矿山安全与健康国家重点实验室2. 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室3. 成都理工大学环境与土木工程学院

摘 要：高寒山区工程岩体往往在水和温差作用下,受到往复的冻融荷载作用,导致岩体裂纹扩展甚至破坏。通过开展-20～20℃范围内4类含裂隙岩石冻融循环试验,分析了不同岩性裂纹扩展类型和原因、裂纹扩展随冻融循环增加的全过程,并讨论了20次冻融循环下灰岩和红砂岩的裂纹扩展机理。结果表明:含裂隙岩石裂纹扩展可分为3种类型:沿上部裂隙尖端贯通岩桥、沿上部裂隙尖端环向扩展和无明显裂纹破坏;板岩的水平板理导致裂纹沿环向扩展,灰岩局部发育的软弱面使裂纹反倾下部裂隙扩展,花岗岩高强度和低孔隙率的特征使其难以在此次试验条件下产生宏观裂纹。断裂力学分析揭示了灰岩和红砂岩呈Ⅰ型裂纹扩展的原因,表明初始裂纹扩展方向与上部裂隙走向近似,裂纹扩展长度与岩石抗拉强度和断裂韧度有关。

关键词：冻融循环;裂隙岩石;裂纹扩展;断裂力学;