煤炭工程

作者：白杰

单位：1. 中铁二十局集团有限公司，陕西 西安 7100162. 西安科技大学 理学院，陕西 西安 710054

关键词：冻融损伤 , 三轴压缩 , 预制裂隙 , PFC3D, 破坏演化,

为探究冻融与荷载耦合作用下裂隙岩体的损伤劣化机理，针对具有不同裂隙长度的岩石开展了不同冻融循环次数的三轴压缩试验，借助PFC3D数值模拟软件再现室内试验过程，同时对模拟的可靠性加以验证。结果表明：在冻融过程中，小孔的相对含量先增加后减少，大孔的相对含量呈现先减少后增加趋势；围压与预制裂隙对试样力学性能的作用相反，10、20和30mm预制裂隙对红砂岩承载能力的削弱程度分别为25%、66%、80%；冻融循环导致试样微裂隙扩张，在围压作用下这些裂隙更易在预制裂隙处汇聚。完整试样的破坏形态由张拉破坏向剪切破坏转变，随着围压增加，裂隙岩体均表现为剪切破坏，且裂隙长度不会改变岩体破坏模式；通过引入水颗粒随温度变化的体积本构方程，再现了室内冻融循环试验的全损伤过程。在冻融循环达40次时，岩石内部被充分损伤，裂纹数量成倍增加；PFC3D计算结果显示，完整试样的破坏点首先出现在加载点处，裂隙试样则首先出现在加载点及预制裂隙处，裂纹曲线整体呈“S”形, 可分为“缓-陡-缓”三个阶段。预制裂隙长度越长，试样损伤程度越大，抵抗破坏的能力越弱。

来源：2025年第2期

《煤炭工程》期刊编辑部

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