裂隙岩体不均匀冻胀性研究

隧道冻胀力是引起隧道冻害的主要原因之一,隧道冻胀力主要由围岩不均匀冻胀引起。裂隙的存在会对岩体不均匀冻胀产生进一步影响,因此推导了岩体不均匀冻胀系数k_θ的计算公式,并获得岩体不均匀冻胀系数k_θ的相关规律。(1)岩体不均匀冻胀系数随裂隙与冻结方向的夹角θ的增大而增大。(2)温度梯度增加,岩体的不均匀冻胀系数k_θ增加,岩体的不均匀冻胀性增强。(3)裂隙率对岩体不均匀冻胀的影响需要考虑到裂隙与温度梯度夹角q,当裂隙与温度梯度的夹角q较小时,岩体不均匀冻胀系数k_θ随裂隙率的增加而减小;当裂隙与温度梯度的夹角θ较大时,岩体不均匀冻胀系数k_θ随裂隙率的增加而增大。(4)裂隙对岩体不均匀冻胀的影响程度与岩体的岩性有关,裂隙对孔隙率小的岩体影响较大。根据推导的裂隙岩体不均匀冻胀系数计算公式,计算得到了不同岩性不同级别含裂隙围岩的不均匀冻胀系数范围,从而,在寒区隧道设计中可以更精确地计算隧道围岩作用于衬砌上的冻胀力,对寒区隧道工程的设计具有重要作用,对路基、边坡等寒区工程冻胀力的研究也可起到推动作用。

单向冻结条件下裂隙岩体冻胀特性试验

单向冻结条件下寒区隧道围岩不均匀冻胀性是产生隧道冻胀力的主要原因之一.为研究寒区隧道含裂隙围岩不均匀冻胀特性,进行了单向冻结条件下裂隙岩体的冻胀试验,分析了裂隙岩体在单向冻结时的冻结过程及变形规律.试验表明,裂隙处冻胀与岩石自身冻胀存在明显差异,裂隙岩体在冻胀过程中表现出明显的不均匀冻胀特性.在裂隙较深的工况下,随裂隙宽度的增加,裂隙法向的线冻胀率增加.对于含裂隙饱和砂岩,岩石自身线冻胀率随冻结温度的降低明显增大,而裂隙法向的线冻胀率明显减小.凝灰岩孔隙率较小,岩体的冻胀变形以裂隙处的冻胀变形为主,岩石自身在低温条件下表现为冷缩.根据试验结果,在岩体不均匀冻胀系数中考虑了裂隙的影响,计算了含裂隙饱和砂岩的不均匀冻胀系数.裂隙平行于温度梯度方向时,随裂隙宽度的增加,含裂隙饱和砂岩的不均匀冻胀系数有所减小.随温度梯度的增加,含裂隙饱和砂岩的不均匀冻胀系数增加,且增幅相比岩石不均匀冻胀系数明显增大.试验初步反映了裂隙岩体的不均匀冻胀特性,为寒区隧道裂隙岩体冻胀变形计算提供了试验依据.