[发明专利]一种计算冻融作用下岩石孔隙体积变形的方法

说明书

本发明公开了一种计算冻融作用下岩石孔隙体积变形的方法。该方法首先利用低场核磁共振测试技术测试岩石的孔隙度，并计算出岩石的孔隙总体积，然后测试岩石的抗拉强度和冰的体积模量，获得冻胀力的大小和该冻融温度下冰的体积模量；根据低温作用下单个饱和孔隙内水变成冰的相变过程的体积变化，建立冻融作用下岩石孔隙体积变形的计算模型，最后将所获得参数代入到所建立的计算模型，即可获得单次冻结后岩石的孔隙变形。本发明克服了传统计算方法中，冻融作用下岩石孔隙内水完全冻结的体积难以计算的问题，并可利用该计算方法计算冻融前后岩石试样孔隙体积弹塑性体积占比。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种计算冻融循环作用下岩石孔隙体积变形的方法。

背景技术

岩石内部存在着大量不规则、跨尺度的孔隙，这些孔隙直接影响着岩石的宏观物理、力学和化学性质。寒区岩(土)石受冻融作用影响，其过程伴随着许多力学、物理、化学现象。在反复的冻融循环过程中，岩石内部的微细观缺陷不断演化，形成宏观裂纹，引起岩(土)体力学性能劣化，进而引发岩质边坡的冻融风化、剥落以至滑坡，路基以及建筑地基冻胀抬升和融化下沉等冻融灾害。因此，分析冻融作用下岩石孔隙的变形，能够为冻融作用下岩石的内部损伤分析提供基础，有助于揭示冻融损伤的机理，进一步为冻融灾害的防治提供理论依据。

目前，已有成果报道了冻融作用下岩石孔隙结构变化规律以及扩展特性。刘泉声等在文《岩体冻融疲劳损伤模型与评价指标研究》(刘泉声，黄诗冰，康永水，等.岩体冻融疲劳损伤模型与评价指标研究[J].岩石力学与工程学报，2015，34(6):1116-1127)中，基于三向等效拉应力建立了岩体冻融疲劳损伤模型，结合动弹性模量的定义，建立了考虑孔隙率和P波波速的统一损伤变量，获得了冻融疲劳损伤模型与评价方法；贾海梁等在文《冻融循环作用下饱和砂岩损伤扩展模型研究》(贾海梁，刘清秉，项伟，等.冻融循环作用下饱和砂岩损伤扩展模型研究[J].岩石力学与工程学报，2013，32(增刊2)：3049-3055)中将砂岩冻融循环作用视为低周疲劳荷载，基于单轴拉伸疲劳损伤理论，以孔隙率的变化为损伤指标建立了砂岩冻融循环损伤演化方程，得出了反映饱和砂岩在冻融循环作用下的损伤扩展规律。但是，已公开的研究成果中缺乏对孔隙体积变形计算的分析，因而无法准确计算出冻融作用下岩石孔隙体积的变形值。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种计算冻融作用下岩石孔隙体积变形的方法。该方法克服了传统计算方法中，冻融作用下岩石孔隙内水完全冻结的体积难以计算的问题。

为克服上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种计算冻融作用下岩石孔隙体积变形的方法，包括如下步骤：

步骤1：获得岩石试样的外形参数，计算出岩石试样的体积；

步骤2：对岩石试样进行真空饱水处理；

步骤3：测试出岩石试样的初始孔隙度；

步骤4：根据岩石试样的体积和初始孔隙度计算出岩石试样的孔隙总体积；

步骤5：对冻融作用后的岩石试样进行巴西劈裂实验，获得抗拉强度值，并将抗拉强度值转化为冻胀力；

步骤6：进行冻融温度时的冰的体积模量测量；

步骤7：将上述所得参数代入公式(1)中，可得到单次冻结后岩石试样的孔隙总体积，

其中：V为岩石试样中孔隙水结冰后的孔隙总体积；

为岩石试样的体积；

η₀为初始孔隙度；

P为冻胀力；