为探究花岗岩-混凝土组合体在寒区环境下冻融损伤规律,设计了3种不同界面粗糙度(0.61,1.18,1.69 mm)的花岗岩-混凝土组合体,利用快速冻融机模拟了冻融循环次数为0,10,20,30次的不同寒区环境,对冻融后的花岗岩-混凝土组合体外观形貌变化、质量损失、抗折强度损失、起裂韧度、断裂能等参数进行分析。结果表明:随着冻融次数的增加,试样质量损失率、纵波声速衰减和各项力学性能损失均呈增长趋势。在冻融30次后,界面粗糙度为0.61 mm的试样纵波声速降低了13.03%,抗折强度和断裂能损失率分别为73.22%和67.67%,;界面粗糙度为1.18 mm的试样纵波声速降低了12.59%,抗折强度和断裂能损失率为61.28%和69.13%;界面粗糙度为1.69 mm的试样纵波声速降低了9.67%,抗折强度和断裂能损失率为39.40%和41.97%。研究计算了花岗岩-混凝土组合体试样起裂韧度与损伤因子,得到了以上3种界面粗糙度下,组合体起裂断裂韧度与冻融循环次数线性拟合表达式,可为相关研究提供一定的参考。
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。
岩石冻融损伤是寒区隧道工程研究的关键问题。为更好地了解寒区岩石的力学性质和冻融侵蚀引起的细观损伤,开展了冻融作用下花岗岩压缩试验、声波试验和CT扫描试验,得到了冻融岩石的物理力学参数和细观损伤特征。通过三维重构,对冻融岩石孔隙演化进行了定量分析,揭示了寒区隧道围岩冻融劣化机制;并基于连续损伤理论和微元统计理论,推导了考虑初始冻融损伤和残余变形的力学损伤本构模型。结果表明:冻融50次后,试样纵波波速下降16.60%,总孔隙率由7.98%增加至10.01%,线弹性模量、峰值应力和残余强度减小,而峰值应变增大;冻融作用能加强孔隙间的连通性发展,提高渗流效应,且增大岩石延展性破坏概率,软化特征明显;新建本构模型参数易确定,物理意义明确,具有较好的准确性和实用性,适用于描述冻融岩石破坏全过程的应力-应变关系,体现岩石残余强度特性。相关研究成果可为寒区隧道工程的服役性能分析提供理论指导。
岩石冻融损伤是寒区隧道工程研究的关键问题。为更好地了解寒区岩石的力学性质和冻融侵蚀引起的细观损伤,开展了冻融作用下花岗岩压缩试验、声波试验和CT扫描试验,得到了冻融岩石的物理力学参数和细观损伤特征。通过三维重构,对冻融岩石孔隙演化进行了定量分析,揭示了寒区隧道围岩冻融劣化机制;并基于连续损伤理论和微元统计理论,推导了考虑初始冻融损伤和残余变形的力学损伤本构模型。结果表明:冻融50次后,试样纵波波速下降16.60%,总孔隙率由7.98%增加至10.01%,线弹性模量、峰值应力和残余强度减小,而峰值应变增大;冻融作用能加强孔隙间的连通性发展,提高渗流效应,且增大岩石延展性破坏概率,软化特征明显;新建本构模型参数易确定,物理意义明确,具有较好的准确性和实用性,适用于描述冻融岩石破坏全过程的应力-应变关系,体现岩石残余强度特性。相关研究成果可为寒区隧道工程的服役性能分析提供理论指导。
岩石冻融损伤是寒区隧道工程研究的关键问题。为更好地了解寒区岩石的力学性质和冻融侵蚀引起的细观损伤,开展了冻融作用下花岗岩压缩试验、声波试验和CT扫描试验,得到了冻融岩石的物理力学参数和细观损伤特征。通过三维重构,对冻融岩石孔隙演化进行了定量分析,揭示了寒区隧道围岩冻融劣化机制;并基于连续损伤理论和微元统计理论,推导了考虑初始冻融损伤和残余变形的力学损伤本构模型。结果表明:冻融50次后,试样纵波波速下降16.60%,总孔隙率由7.98%增加至10.01%,线弹性模量、峰值应力和残余强度减小,而峰值应变增大;冻融作用能加强孔隙间的连通性发展,提高渗流效应,且增大岩石延展性破坏概率,软化特征明显;新建本构模型参数易确定,物理意义明确,具有较好的准确性和实用性,适用于描述冻融岩石破坏全过程的应力-应变关系,体现岩石残余强度特性。相关研究成果可为寒区隧道工程的服役性能分析提供理论指导。
在内蒙古赤峰市巴林左旗林东镇以南约20 km的召庙,出露一片面积约20 km2的花岗岩,称为召庙花岗岩体。该岩体被至少2组垂直节理及与地面起伏一致的剥离面理切割成大小不等的弧形岩块,构成高于周围地表300~400 m的花岗岩山区。在多条花岗岩山脊上保存有大小不等的壶穴,山脊两侧则发育从上到下紧密排列的泄水槽,而泄水槽则被剥离面理横向切割,沿剥离面理的露头线发育大小不等的风化穴。通过详细的野外调查,认为花岗岩山脊上的壶穴不是风蚀和风化所致,而是晚更新世冰盖上的冰川融水下泄冲刷形成的;山脊两侧的泄水槽也是冰川融水下泄冲刷的结果;剥离面理是第四纪冰川发育导致地表之下岩石温度变化的热变应力所致,可用于恢复第四纪冰川作用时期的基岩古地貌;盐风化穴是第四纪冰川退缩后本区重要的物理风化类型,优先沿着剥离面理发育。本区3种微型地貌景观和大型的剥离面理共生组合记录了更新世以来召庙花岗岩山区的地貌演化史。
在内蒙古赤峰市巴林左旗林东镇以南约20 km的召庙,出露一片面积约20 km2的花岗岩,称为召庙花岗岩体。该岩体被至少2组垂直节理及与地面起伏一致的剥离面理切割成大小不等的弧形岩块,构成高于周围地表300~400 m的花岗岩山区。在多条花岗岩山脊上保存有大小不等的壶穴,山脊两侧则发育从上到下紧密排列的泄水槽,而泄水槽则被剥离面理横向切割,沿剥离面理的露头线发育大小不等的风化穴。通过详细的野外调查,认为花岗岩山脊上的壶穴不是风蚀和风化所致,而是晚更新世冰盖上的冰川融水下泄冲刷形成的;山脊两侧的泄水槽也是冰川融水下泄冲刷的结果;剥离面理是第四纪冰川发育导致地表之下岩石温度变化的热变应力所致,可用于恢复第四纪冰川作用时期的基岩古地貌;盐风化穴是第四纪冰川退缩后本区重要的物理风化类型,优先沿着剥离面理发育。本区3种微型地貌景观和大型的剥离面理共生组合记录了更新世以来召庙花岗岩山区的地貌演化史。
高海拔花岗岩区裸露基岩丘与多成因沉积物盆垄显示地质条件变化较大,给高海拔宇宙射线观测站(LHAASO)工程建设带来挑战.地质调查和物探相结合,对场区大范围勘察以求规划避让断层,中心区WCDA小范围精细探测以刻画基岩顶面起伏变化,便于地基设计.采用音频大地电磁法(AMT)和高密度电法相结合,在场区和中心区布网探测.结果发现,在避开区域断层后,不同规模断层在场区依然存在,与区域断裂构造NNE走向和节理走向不完全一致,影响到局部坳陷盆地规模走向和沉积物分布.场区基岩埋深20~60 m,变化较大.受第四纪冰川和现代河流作用,堆积了厚达30 m冰碛物和60 m冲洪积物,分布在场区约4 km2范围内,而靠近较大规模断层破碎带的堆积物厚达100多米.分析结果被后期钻探验证,为工程规划设计提供了科技支撑.