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。

寒区道路岩质边坡因循环冻融引发细观损伤扩展，导致力学性能弱化并威胁运营安全，因此探究裂隙岩体在冻融作用下的细观演化特征及强度相关性尤为重要。通过结合CT技术，开展冻融循环与单轴压缩试验，对分形维数及力学特性进行重点分析。研究结果表明：裂隙砂岩冻融损伤效果因空间位置而异，试件边缘及宏观裂隙端部为冻胀裂纹的集中发展区域，其复杂程度可由分形维数进行衡量；随着冻融次数增大，孔隙率与分形维数呈加速增长趋势，而单轴抗压强度呈加速减小趋势；冻融作用导致砂岩粒间黏结力降低，引发细观裂隙愈发复杂，这是岩体力学性能劣化的主因，可由分形维数建立关联。

寒区道路岩质边坡因循环冻融引发细观损伤扩展，导致力学性能弱化并威胁运营安全，因此探究裂隙岩体在冻融作用下的细观演化特征及强度相关性尤为重要。通过结合CT技术，开展冻融循环与单轴压缩试验，对分形维数及力学特性进行重点分析。研究结果表明：裂隙砂岩冻融损伤效果因空间位置而异，试件边缘及宏观裂隙端部为冻胀裂纹的集中发展区域，其复杂程度可由分形维数进行衡量；随着冻融次数增大，孔隙率与分形维数呈加速增长趋势，而单轴抗压强度呈加速减小趋势；冻融作用导致砂岩粒间黏结力降低，引发细观裂隙愈发复杂，这是岩体力学性能劣化的主因，可由分形维数建立关联。

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。

为了量化渠基土体中的水分在冻融过程中的迁移及其分布规律,揭示渠基土体的微观冻胀特性,选取渠基土体不同部位的原状土样,进行冻融试验,采用CT扫描技术,监测研究渠基土样冻融过程中的水分迁移及其孔隙水分布规律,进一步探究渠基土体的微观冻胀特性。结果表明:冻融过程中土样深度16～18 cm处的含水率较高,产生了水分积聚。冻结过程中,土体的微观孔隙结构发生了明显变化,同时发生了裂缝的张开和闭合。在融化阶段,由于冻结水快速融化,土体发生融沉,最大融沉量为6.78 mm。研究成果揭示了渠基土体单向冻融过程中的水分迁移规律、孔隙水的分布状态及其冻胀微观特性,为季节冻土区输水渠道的抗冻胀设计提供了理论基础。

CT无损动态扫描技术在土壤领域的成功应用,为冻土内部结构及变化的定量化研究提供了有效手段。通过总结和分析现有关于冻土的基于CT断层扫描图像的研究成果,阐明CT扫描技术在冻土研究中的4个关键环节,即冻土样本的制备、冻土CT图像的获取、冻土CT图像处理及分析,并指出在现有CT技术条件下冻土研究中存在的问题,针对性提出了将先进的图像处理技术与高效的图像分析手段和冻土研究相结合的解决方案,为冻土内部结构的定量研究与分析提供技术指导,进而为CT无损动态扫描技术在冻土领域的广泛应用奠定基础。

针对适用于低温环境下的配合医用CT实时扫描的冻土三轴仪的不足,研制了新的冻土三轴仪,介绍了其组成及其研发过程中需要克服的技术难点。利用该装置可以完成低温环境下试样的三轴加卸载试验,配合医用CT机时可实现整个力学过程的实时动态扫描。进行了冻结兰州黄土三轴加载实时CT扫描试验,试验结果表明,新研制仪器的各项参数均能满足冻土试样在三轴压缩和卸载过程中的实时CT扫描条件,也能够得到的不同载荷条件下的高质量细观结构CT图像,文中对试验结果进行了分析和讨论。该装置的成功研制为建立细观结构和宏观力学性质之间的联系提供一种新的技术手段。

冻结作用导致土体中产生了水分迁移,从而改变了土体密度,进而改变了土体结构性及其物理力学性质.利用CT设备,对冻融前后的土样进行CT细观试验,通过CT数变化定量分析土样的损伤程度,反映冻土结构的变化.结果表明:冻结过程中同时发生了裂纹的张开与闭合,冰透镜体位置裂纹数量在冻结后明显增加.冻结区土样在水分迁移并结晶的作用下被切割成多个多边形,造成土样孔隙增大,导致CT数减小,损伤量增大.融土区土体在冻胀力作用下产生了一定的固结,使得其密度增大,CT数增大,损伤量表现为负值.上部荷载对土体损伤有抑制作用,而冻融作用却加剧了土体损伤.