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预应力及冻融循环对砂岩物理力学特性的影响

         

摘要

为研究地应力条件下岩石受季节性冻融的影响效应,以三峡库区岸坡砂岩为研究对象,设计研制出可对标准试样进行预应力加载的装置,开展了不同预应力水平与冻融循环次数下的砂岩物理特性及力学特性试验,分析了预应力与冻融循环作用下砂岩质量、孔隙率、波速及抗压强度的变化规律,并从孔隙周围应力分布的角度探讨了预应力与冻胀力对岩石力学特性的影响机制。结果表明:砂岩的质量损失率、孔隙增长率及纵波波速衰减率与冻融循环次数呈正比,预应力的施加会显著改善由于冻融循环引起的损伤;冻融作用下砂岩的单轴及三轴抗压强度随预应力的增加先陡增后趋于稳定,施加预应力的砂岩抗冻系数可达到75%以上,0~3 MPa范围的预应力能更为有效地提高砂岩的抗冻性能,围压的存在也可减弱冻融循环对砂岩强度的劣化影响;预应力改变了砂岩内部孔隙的应力分布,使孔隙两侧形成压应力区,可有效抵抗冻胀形成的切向拉应力,抑制了冻融循环对砂岩的损伤。研究成果可深化对冻融循环作用下砂岩损伤劣化规律与机制的认识。

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