低温环境下含表面裂隙硬岩温度场及冻胀演化过程分析.pdf

第 37 卷增刊 1 岩 土 力 学 Vol.37 Supp.1 2016 年 6 月 Rock and Soil Mechanics Jun. 2016 DOI ：10.16285/j.rsm.2016.S1.068 低温环境下含表面裂隙硬岩温度场 及冻胀演化过程分析 申艳军，杨更社，荣腾龙，刘 慧 （西安科技大学 建筑与土木工程学院，陕西 西安 710054 ） 摘 要：寒区含表面裂隙硬岩与大气连通，易受外界低温环境引起裂隙内部水分凝结，造成裂隙带附近形成温度场突变，进 而随水冰相变产生冻胀力，二者随着冻结活动处于动态演化之中，涉及到温度场、渗流场及应力场等多场问题。目前的研究 大多依据数值模拟结果，描述裂隙岩体温度场、应力场分布特征及规律，考虑从基础理论解析计算角度，探究低温环境下裂 隙岩体温度场、冻胀力演化规律鲜有报道。针对含表面裂隙硬岩在低温环境下发生的冻结现象，从传热学理论、相变理论、 弹塑性力学及断裂力学理论等多角度出发，探讨随着冻结深入含表面裂隙硬岩内部温度场及冻胀荷载演化过程，提出对应解 析表达式，引入多场耦合数值程序 Comsol-Multiphysics 进行数值模拟验证，结果表明，文中提出的温度场及冻胀荷载演化解 析表达式与数值模拟结果具有较好吻合度，可满足对含表面裂隙半无限板模型温度场、应力场演化过程分析，对于裂隙岩体 在低温环境下温度场、应力场演化及热-力耦合分析具有较好借鉴价值。 关 键 词：表面裂隙；温度场；冻胀力；冰水相变；Comsol-Multiphysics 程序 中图分类号：TU 452 文献识别码：A 文章编号：1000－7598 (2016) 增 1－0521－09 Analysis of evolution of temperature field and frost heaving in hard rock with surface cracks under low temperature environment SHEN Yan-jun ，YANG Geng-she，RONG Teng-long，LIU Hui (College of Architecture and Civil Engineering, Xian University of Science and Technology, Xian，Shaanxi 710054, China)