冻融循环作用下砂岩能量演化规律及PFC数值模拟研究

摘要

为了研究高寒高海拔地区岩土工程在长期冻融循环作用下的稳定性，对经过冻融循环作用的砂岩进行了单轴压缩试验，并基于能量耗散理论和PFC离散元软件揭示砂岩冻融损伤演化特征及裂纹扩展规律。结果表明：冻融循环次数越多，砂岩峰值强度和弹性模量越低，能量呈下降趋势，同时弹性能占比降低而消散能占比升高；通过建立能量与强度的关系模型研究冻融循环条件下强度损伤与能量变化之间的关系，证明通过能量演化规律揭示冻融强度劣化是可行的；PFC模拟发现，不同冻融循环次数条件下，砂岩在变形和破坏形态方面存在差异，其中冻融0次、20次和40次的砂岩被劈裂成“楔形体”，而冻融60次砂岩破碎更严重，此外冻融0次和20次砂岩最大变形发生在下端左右两侧，而冻融40次和60次的砂岩最大变形发生在左端下侧和右端上侧。研究成果可为探索寒区工程中岩体的力学行为和失稳破坏机制提供理论支持。

关键词

砂岩 / 单轴压缩 / 冻融循环 / 能量演化 / PFC / 损伤演化