冻融裂隙砂岩细观损伤与应变局部化研究

寒区循环冻融作用致使岩石损伤劣化,进而影响局部应变发展及其受载破坏特征.为在不同冻融方式下评估完整/裂隙岩石的细观损伤、应变集中及破坏模式,预制断续节理砂岩,开展饱水完整试件、饱水裂隙试件、饱冰裂隙试件的循环冻融及单轴压缩试验研究.通过CT技术获取不同冻融次数与应力状态下的细观图像,分析损伤演化特征,而后结合数字体相关法量化三维应变分布,实现冻融岩石细观特征与宏观破坏的内在关联探讨.研究结果表明:(1)完整岩石与裂隙岩石的损伤劣化分别主要发生在试件外围及低倾角预制裂隙附近;随着循环次数增加,饱水冻融岩石的异质系数与裂隙占比逐渐增大,而饱冰冻融岩石则相对稳定.(2)岩石内部的等效应变εeq与正应变εxx,εyy,εzz的统计频率分别呈对数正态分布和正态分布.但完整岩石与裂隙岩石的局部应变特征不一,前者受载后形成一条75.的剪切带:后者于低倾角预制裂隙及岩桥区域发生应变集中,且εxx的极差与标准差约为εyy的2倍.(3)冻融损伤直接影响完整岩石的应变集中,进而引导次级裂隙发展;但对裂隙岩石只可作为翼裂纹发展的诱因,其破坏模式由预制裂隙排布决定.本文结论可为探索岩体冻融损伤机制及破坏预测方法提供参考.