花岗岩分布广泛、强度高，是低温液化天然气（LNG）地下存储的理想介质。然而LNG形成的极端低温（-162℃）使得花岗岩岩体性质发生改变，影响储库安全。为了探究超低温下花岗岩力学特性，开展了-90℃～-165℃低温环境下干燥和饱和花岗岩单轴压缩试验、热膨胀测试以及微观观察。试验结果表明，当温度从-90℃降低到-165℃时，饱和花岗岩的抗压强度和弹性模量分别提高31.1%,24%，干燥状态花岗岩的弹性模量提高了12.8%，而抗压强度变化不明显。力学强度提升主要原因在于随着温度的降低，干燥花岗岩因为自身矿物结构低温收缩导致内部颗粒胶结作用增强；饱和花岗岩由于含有孔隙水，遇低温冻结成冰，使岩石空隙与裂纹黏结得更加紧密，岩石内部结构更为致密。通过试验数据建立了岩石线膨胀系数与温度的负相关经验关系式，嵌入到COMSOL的热-力耦合模型中，实现了低温LNG储库长期稳定性分析。随着运营年限增加和温度降低，岩石产生冻胀效应，岩层间发生挤压变形，导致地表出现隆起风险，同时这项研究也对地下岩体空间工程发展具有重要意义。
花岗岩分布广泛、强度高，是低温液化天然气（LNG）地下存储的理想介质。然而LNG形成的极端低温（-162℃）使得花岗岩岩体性质发生改变，影响储库安全。为了探究超低温下花岗岩力学特性，开展了-90℃～-165℃低温环境下干燥和饱和花岗岩单轴压缩试验、热膨胀测试以及微观观察。试验结果表明，当温度从-90℃降低到-165℃时，饱和花岗岩的抗压强度和弹性模量分别提高31.1%,24%，干燥状态花岗岩的弹性模量提高了12.8%，而抗压强度变化不明显。力学强度提升主要原因在于随着温度的降低，干燥花岗岩因为自身矿物结构低温收缩导致内部颗粒胶结作用增强；饱和花岗岩由于含有孔隙水，遇低温冻结成冰，使岩石空隙与裂纹黏结得更加紧密，岩石内部结构更为致密。通过试验数据建立了岩石线膨胀系数与温度的负相关经验关系式，嵌入到COMSOL的热-力耦合模型中，实现了低温LNG储库长期稳定性分析。随着运营年限增加和温度降低，岩石产生冻胀效应，岩层间发生挤压变形，导致地表出现隆起风险，同时这项研究也对地下岩体空间工程发展具有重要意义。
花岗岩分布广泛、强度高，是低温液化天然气（LNG）地下存储的理想介质。然而LNG形成的极端低温（-162℃）使得花岗岩岩体性质发生改变，影响储库安全。为了探究超低温下花岗岩力学特性，开展了-90℃～-165℃低温环境下干燥和饱和花岗岩单轴压缩试验、热膨胀测试以及微观观察。试验结果表明，当温度从-90℃降低到-165℃时，饱和花岗岩的抗压强度和弹性模量分别提高31.1%,24%，干燥状态花岗岩的弹性模量提高了12.8%，而抗压强度变化不明显。力学强度提升主要原因在于随着温度的降低，干燥花岗岩因为自身矿物结构低温收缩导致内部颗粒胶结作用增强；饱和花岗岩由于含有孔隙水，遇低温冻结成冰，使岩石空隙与裂纹黏结得更加紧密，岩石内部结构更为致密。通过试验数据建立了岩石线膨胀系数与温度的负相关经验关系式，嵌入到COMSOL的热-力耦合模型中，实现了低温LNG储库长期稳定性分析。随着运营年限增加和温度降低，岩石产生冻胀效应，岩层间发生挤压变形，导致地表出现隆起风险，同时这项研究也对地下岩体空间工程发展具有重要意义。
冻土是多相体复合材料,土体冻结过程中在内部形成空穴、裂隙等多种缺陷。把这些缺陷简化为冻土中的初始裂纹,应用断裂力学理论和试验方法,研究冻土的非线性断裂过程和特征。结果表明:冻土非线性断裂破坏过程由弹性阶段、微裂纹损伤区形成阶段和软化阶段组成,其中微裂纹损伤区形成阶断是冻土非线性破坏的主要表征。把微裂纹损伤区简化为假想裂纹处理,可称为虚拟裂纹,并考虑冻土中冰晶体胶结力作用,给出冻土非线性断裂破坏的胶结力裂纹模型;讨论胶结力的性质与分布,给出微裂纹损伤区长度确定的方法,为理论分析与数值计算提供依据。同时,还对胶结力裂纹模型涉及的非线性断裂韧度指标δC进行测试,给出相应测试方法和结果。
对冻土破坏过程进行了试验研究,冻土破坏的过程是微裂纹损伤与临界串接的演化过程,确认了冻土微裂纹损伤区的存在,并分别用莫尔准则和最大拉应力准则建立了微裂纹损伤区计算模式。将微裂纹损伤区按缺陷处理并简化为当量裂纹,进行了裂纹尺寸的定量计算,结果表明其尺寸与冻土中初始裂纹尺寸相当,将计算结果与观测结果相比较,误差不超过10%。
基于不等幅值循环荷载作用下低温三轴振动试验资料,研究了冻结粉质粘土在分级往返加荷情况下的残余应变产生条件。根据冻土的残余应变与其温度、振次、含水量等因素的关系曲线,得到了随着温度的降低残余应变值减小、随着振动次数的增加残余应变值增大;含水量的变化对其影响很小的结论。根据冻土试样震融沉前后CT测试数据及扫描图像,定量地分析了土样结构微裂纹发展、密度变化规律,并对冻土特有的震融沉形成机理给予解释。
在对冻土微观结构试验观测的基础上,提出了对冻土中微裂纹尺寸进行识别和确认的方法,给出了3种典型土质在不同温度下的微裂纹尺寸参考值,为应用冻土强度破坏准则进行定量计算与分析提供依据。将冻土微裂纹损伤区作为冻土体的缺陷处理,并按“当量化裂纹”原则,把冻土微裂纹损伤区简化为“当量裂纹”,如此给出了理论估算微裂纹尺寸的新途径。把理论计算与试验观测结果进行比较,二者符合较好。
将激光散斑法用于冻土材料，得出了裂纹尖端存在一个微裂纹损伤区（或称为断裂过程区）的结论．通过对裂纹尖端一系列散斑图的逐点分析，绘出了微裂纹区随载荷增加而发展的形貌及其全过程，测定了裂纹嘴张开位移的临界值δＣ，从而为冻土材料的宏微观力学行为研究及弹塑性断裂韧度测试分析提供了有效的途径．