巖體低溫力學特性與多場耦合理論

目錄
第1章 緒論 1
1.1 低溫巖石力學問題 1
1.2 國內外研究現(xiàn)狀 3
1.2.1 凍結巖石的力學性質 3
1.2.2 凍巖水冰相變問題 4
1.2.3 凍融變形與凍融損傷特性 9
1.2.4 低溫THM耦合過程 10
1.2.5 巖體凍融數值分析 12
1.3 研究現(xiàn)狀的不足 13
1.4 研究內容 14
第2章 低溫作用下的巖石力學特性 15
2.1 引言 15
2.2 低溫作用下的巖石物理力學性質 15
2.2.1 低溫作用下巖石抗壓強度與變形性質 15
2.2.2 低溫作用下巖石的熱傳導性質 20
2.2.3 低溫作用下巖石凍脹變形特征 20
2.3 凍融循環(huán)作用下的巖體損傷試驗 28
2.4 小結 30
第3章 裂隙巖體凍結過程水冰相變及水熱遷移分析 32
3.1 引言 32
3.2 凍巖冰點及凍結率 32
3.2.1 凍結巖體水冰相變平衡物態(tài)方程 32
3.2.2 凍結率 34
3.3 凍結過程裂隙水分遷移與凍脹力萌生 36
3.3.1 凍結裂隙水分遷移驅動力 36
3.3.2 凍脹力萌生機制 38
3.4 巖體裂隙凍脹效應分析 41
3.4.1 貫通單裂隙 41
3.4.2 非貫通單裂隙 43
3.4.3 多裂隙凍脹應力場疊加 45
3.5 小結 47
第4章 巖石凍脹本構模型研究 48
4.1 引言 48
4.2 低溫巖石未凍水含量 48
4.2.1 未凍水含量的組成 48
4.2.2 未凍水含量方程 52
4.2.3 未凍水含量模型驗證 54
4.3 低溫巖石孔隙中的凍脹力 56
4.4 凍脹本構方程 59
4.4.1 凍巖應變分析 59
4.4.2 凍結率的數值實現(xiàn) 62
4.4.3 含時間效應的準蠕變凍脹本構模型 65
4.4.4 凍融力學參數 69
4.5 FLAC 3D凍脹本構模型二次開發(fā) 71
4.5.1 程序二次開發(fā)流程 71
4.5.2 凍脹本構模型驗證 73
4.6 小結 76
第5章 裂隙巖體低溫THM耦合研究 77
5.1 引言 77
5.2 低溫THM耦合過程中的關鍵耦合參數研究 78
5.2.1 未凍水含量 78
5.2.2 孔隙冰壓力 78
5.2.3 等效熱傳導系數 79
5.3 巖體低溫THM耦合控制方程 85
5.3.1 應力平衡方程 85
5.3.2 冰-水系統(tǒng)連續(xù)性方程 86
5.3.3 能量守恒方程 87
5.4 裂隙巖體低溫THM耦合過程模擬分析 88
5.4.1 寒區(qū)隧道THM全耦合過程有限元分析 88
5.4.2 考慮裂隙網絡的隧道圍巖低溫THM耦合過程模擬 95
5.5 小結 97
第6章 裂隙巖體凍融損傷破裂機理及數值仿真 98
6.1 引言 98
6.2 凍融損傷表征參數與損傷變量 98
6.2.1 凍融損傷表征參數的選取 98
6.2.2 統(tǒng)一損傷變量 99
6.2.3 凍融損傷模型中參數確定方法 101
6.3 凍脹力求解與凍脹劣化機理分析 102
6.3.1 水壓驅動階段 102
6.3.2 界面預融階段 105
6.4 巖體凍融-受荷損傷統(tǒng)計本構模型研究 108
6.4.1 凍融-受荷統(tǒng)計本構方程的建立 108
6.4.2 模型驗證與應用 112
6.5 凍脹擴展理論及算法實現(xiàn) 115
6.5.1 凍脹裂隙擴展基礎 115
6.5.2 凍脹作用下壓剪復合型裂紋擴展準則 119
6.5.3 一種凍脹裂隙網絡擴展算法 126
6.5.4 實例分析—基于FLAC 3D的擴展模擬 135
6.6 小結 140
第7章 低溫工程數值模擬與凍害防治—工程實例 141
7.1 引言 141
7.2 低溫儲氣庫凍脹變形模擬 141
7.2.1 工程概況 142
7.2.2 數值模擬 142
7.2.3 討論 148
7.3 烏鞘嶺隧道低溫環(huán)境下巖體穩(wěn)定性分析 148
7.3.1 工程概況 148
7.3.2 洞口端凍脹穩(wěn)定性模擬 149
7.3.3 討論 153
7.4 青藏鐵路昆侖山隧道凍害防治與設計 153
7.4.1 洞口工程 153
7.4.2 支護襯砌、隔熱保溫及防排水工程 153
7.5 其他凍巖（土）土工程防凍害措施 155
7.6 小結 157
第8章 結論與展望 158
8.1 結論 158
8.2 展望 159
參考文獻 160