为研究寒区隧道多孔围岩在低温冻胀作用下的破坏判据，基于冻岩力学、断裂力学和细观损伤力学求解围岩冻胀力值和应力强度因子，将岩石应力腐蚀极限代替断裂韧度作为起裂判据；在单次冻胀作用下，对易发生冻胀破坏的“主干-旁枝型”孔隙结构建立围岩冻胀破坏判据；在持续冻胀作用下，将其视为冻融循环作用，考虑循环过程中岩石碎屑流失的影响效应并建立围岩冻胀破坏判据。依托西藏某寒区隧道验证失稳判据的可靠性并分析不同参数对围岩应力强度因子的影响作用。结果表明：围岩应力强度因子与主干孔轴线直径和水压力呈正比关系，前者初期增长速率显著大于后期，后者则几乎呈线性变换；与围岩环境温度和韧度比呈反比关系，且温度对围岩失稳的影响效果更明显。

为研究寒区隧道多孔围岩在低温冻胀作用下的破坏判据，基于冻岩力学、断裂力学和细观损伤力学求解围岩冻胀力值和应力强度因子，将岩石应力腐蚀极限代替断裂韧度作为起裂判据；在单次冻胀作用下，对易发生冻胀破坏的“主干-旁枝型”孔隙结构建立围岩冻胀破坏判据；在持续冻胀作用下，将其视为冻融循环作用，考虑循环过程中岩石碎屑流失的影响效应并建立围岩冻胀破坏判据。依托西藏某寒区隧道验证失稳判据的可靠性并分析不同参数对围岩应力强度因子的影响作用。结果表明：围岩应力强度因子与主干孔轴线直径和水压力呈正比关系，前者初期增长速率显著大于后期，后者则几乎呈线性变换；与围岩环境温度和韧度比呈反比关系，且温度对围岩失稳的影响效果更明显。

利用岩石CT扫描技术对冻融循环作用下的矽卡岩试样进行扫描,得到了不同冻融循环次数下矽卡岩的冻融损伤结构劣化特征。运用数字图像处理技术对矽卡岩的损伤结构劣化特征进行提取,初步分析了冻融循环过程中矽卡岩内部裂隙损伤的演化过程。根据岩石损伤力学,选取以图像像素点数量所表示的损伤变量,建立了矽卡岩损伤变量与冻融循环次数间的关系曲线,以此对矽卡岩的细观损伤扩展机理进行了定量研究。研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,矽卡岩损伤变量呈现先降后增的变化规律;受冻融条件影响,矽卡岩细观损伤劣化程度也随之增大。

利用岩石CT扫描技术对冻融循环作用下的矽卡岩试样进行扫描,得到了不同冻融循环次数下矽卡岩的冻融损伤结构劣化特征。运用数字图像处理技术对矽卡岩的损伤结构劣化特征进行提取,初步分析了冻融循环过程中矽卡岩内部裂隙损伤的演化过程。根据岩石损伤力学,选取以图像像素点数量所表示的损伤变量,建立了矽卡岩损伤变量与冻融循环次数间的关系曲线,以此对矽卡岩的细观损伤扩展机理进行了定量研究。研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,矽卡岩损伤变量呈现先降后增的变化规律;受冻融条件影响,矽卡岩细观损伤劣化程度也随之增大。

以寒区隧道为工程背景研究在冻融循环作用下围岩内Ⅰ型裂纹的动态起裂特性演化规律,采用隧道模型试件作为研究对象,开展冻融循环试验与大尺度落锤冲击试验,得到岩石试件经历不同冻融循环次数后的相关力学参数,并在裂纹尖端粘贴裂纹扩展计(crack propagation gauge, CPG)测量预制裂纹的动态起裂时间。采用有限元软件建立相应的数值模型计算裂纹尖端的动态应力强度因子,采用试验-数值法计算动态起裂韧度,随后采用电镜对冻融循环后的试样进行扫描,研究冻融循环对岩石材料的细观损伤机制。研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,岩石材料的纵波、横波波速与弹性模量逐渐减小,而泊松比逐渐增大;砂岩材料的动态起裂韧度随着冻融循环次数的增加逐渐减小,表征线性反比例的特性;材料内部的胶结物质会由于冻融循环的影响而流失,材料的孔隙和裂纹也随着冻融循环次数的增加而变多变大。

以寒区隧道为工程背景研究在冻融循环作用下围岩内Ⅰ型裂纹的动态起裂特性演化规律,采用隧道模型试件作为研究对象,开展冻融循环试验与大尺度落锤冲击试验,得到岩石试件经历不同冻融循环次数后的相关力学参数,并在裂纹尖端粘贴裂纹扩展计(crack propagation gauge, CPG)测量预制裂纹的动态起裂时间。采用有限元软件建立相应的数值模型计算裂纹尖端的动态应力强度因子,采用试验-数值法计算动态起裂韧度,随后采用电镜对冻融循环后的试样进行扫描,研究冻融循环对岩石材料的细观损伤机制。研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,岩石材料的纵波、横波波速与弹性模量逐渐减小,而泊松比逐渐增大;砂岩材料的动态起裂韧度随着冻融循环次数的增加逐渐减小,表征线性反比例的特性;材料内部的胶结物质会由于冻融循环的影响而流失,材料的孔隙和裂纹也随着冻融循环次数的增加而变多变大。