新疆高寒炭质板岩隧道围岩冻融劣化特性研究

围岩冻融损伤劣化加剧了寒区隧道衬砌结构破坏,为探究新疆高寒隧道强风化炭质板岩围岩冻融损伤劣化规律及各向异性特征,制取层理倾角θ=0°、45°、90°3种板岩试样,在开放饱水的条件下进行了0次、10次、20次、30次、40次冻融循环试验,并对冻融循环后的试样进行宏观力学性能试验及断裂面扫描电镜测试。结果表明:在冻融循环作用下,强风化板岩的冻融损伤多集中于节理裂隙等软弱结构处,损伤模式主要为顺层理裂隙萌生、顺层理剥落及顺层理断裂,板岩自然饱和质量呈现先缓慢增加后迅速递减的趋势;不同层理倾角板岩强度特征差异较大且受风化作用与冻融循环作用影响显著,伴随着冻融循环次数的增加,板岩抗压强度、弹性模量均呈现非线性衰减趋势,冻融受荷损伤变量逐渐增大,3种层理倾角板岩抵抗冻融损伤作用的关系为0°>90°>45°;扫描电镜图像观察到板岩层理断裂表现出显著的脆性特征,但多次的冻融循环作用使板岩受荷破坏破裂面表现出一定的塑性特征。研究发现倾角为0°层理构造的板岩受冻融环境的影响相对较小,具有更加稳定的力学性质,研究揭示了强风化定向层理板岩各向异性冻融损伤劣化规律,可为定向产状结构围岩背景下的寒区隧道工程冻害风险评估提供参考。