裂隙岩体冻胀破坏机制研究综述

学术综述

作者：

谭贤君1 郑培超1 2 苏舟舟3 4 贾海梁5 张朝轩6 周云1 陈卫忠*1

作者单位：

1. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程安全全国重点实验室2. 中国科学院大学3. 中铁大桥局集团有限公司桥梁智能与绿色建造全国重点实验室4. 中铁大桥科学研究院有限公司5. 西安科技大学建筑与土木工程学院6. 台州学院道路与桥梁工程研究所

摘要：

随着寒区工程向更高海拔、高纬度扩展，裂隙岩体在低温环境下的力学响应问题日益凸显。现有冻土力学理论难以有效指导寒区岩体工程实践，亟需深化对裂隙岩体冻胀机制的认识。通过理论研究、室内与现场试验、数值模拟等方法，系统探究低温及冻融循环作用下裂隙岩体冻胀力的形成机制与破坏规律。研究表明：裂隙岩体冻胀机制包括体积膨胀、分凝冰以及混合冻胀理论，其中，半椭圆形开放裂隙混合冻胀模型在描述裂隙岩体冻胀机制方面更为合理。裂隙岩体冻胀是一个考虑水分迁移、多相介质热传导、裂纹扩展的温度–渗流–应力耦合问题，裂隙结构、饱和度、水分迁移、密闭性、冻结模式、冰–岩界面作用、水–冰相变等对裂隙岩体冻胀力演化及损伤具有重要影响。冻胀力驱动裂隙扩展是裂隙岩体损伤的主要方式，受裂隙和岩体特征显著影响。此外，室内和现场试验的冻胀行为存在差异，特别是在冻融循环、开裂温度和补水条件方面。未来应从微、细观机制入手，辅助室内与现场试验，探究水分迁移和冰岩作用机制，以求解冻胀力为初步目标，结合数值计算方法，探究裂隙网络演化，并结合人工智能与大数据分析，尝试建立裂隙岩体冻胀破坏预测的自适应监测与决策支持系统。

关键词：

岩石力学寒区裂隙岩体水分迁移水–冰相变冻胀力冻胀破坏

刊期：

2025，5（44）

所属栏目：

基金资助：

国家自然科学基金资助项目(U24A20184，XZ202201ZY0021G)

分类号：

TU45

DOI：

10.3724/1000-6915.jrme.2024.0616

页数：

页码：

1065-1088

来源期刊

岩石力学与工程学报

Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering