岩体低温力学特性与多场耦合理论

目录
第1章 绪论 1
1.1 低温岩石力学问题 1
1.2 国内外研究现状 3
1.2.1 冻结岩石的力学性质 3
1.2.2 冻岩水冰相变问题 4
1.2.3 冻融变形与冻融损伤特性 9
1.2.4 低温THM耦合过程 10
1.2.5 岩体冻融数值分析 12
1.3 研究现状的不足 13
1.4 研究内容 14
第2章 低温作用下的岩石力学特性 15
2.1 引言 15
2.2 低温作用下的岩石物理力学性质 15
2.2.1 低温作用下岩石抗压强度与变形性质 15
2.2.2 低温作用下岩石的热传导性质 20
2.2.3 低温作用下岩石冻胀变形特征 20
2.3 冻融循环作用下的岩体损伤试验 28
2.4 小结 30
第3章 裂隙岩体冻结过程水冰相变及水热迁移分析 32
3.1 引言 32
3.2 冻岩冰点及冻结率 32
3.2.1 冻结岩体水冰相变平衡物态方程 32
3.2.2 冻结率 34
3.3 冻结过程裂隙水分迁移与冻胀力萌生 36
3.3.1 冻结裂隙水分迁移驱动力 36
3.3.2 冻胀力萌生机制 38
3.4 岩体裂隙冻胀效应分析 41
3.4.1 贯通单裂隙 41
3.4.2 非贯通单裂隙 43
3.4.3 多裂隙冻胀应力场叠加 45
3.5 小结 47
第4章 岩石冻胀本构模型研究 48
4.1 引言 48
4.2 低温岩石未冻水含量 48
4.2.1 未冻水含量的组成 48
4.2.2 未冻水含量方程 52
4.2.3 未冻水含量模型验证 54
4.3 低温岩石孔隙中的冻胀力 56
4.4 冻胀本构方程 59
4.4.1 冻岩应变分析 59
4.4.2 冻结率的数值实现 62
4.4.3 含时间效应的准蠕变冻胀本构模型 65
4.4.4 冻融力学参数 69
4.5 FLAC 3D冻胀本构模型二次开发 71
4.5.1 程序二次开发流程 71
4.5.2 冻胀本构模型验证 73
4.6 小结 76
第5章 裂隙岩体低温THM耦合研究 77
5.1 引言 77
5.2 低温THM耦合过程中的关键耦合参数研究 78
5.2.1 未冻水含量 78
5.2.2 孔隙冰压力 78
5.2.3 等效热传导系数 79
5.3 岩体低温THM耦合控制方程 85
5.3.1 应力平衡方程 85
5.3.2 冰-水系统连续性方程 86
5.3.3 能量守恒方程 87
5.4 裂隙岩体低温THM耦合过程模拟分析 88
5.4.1 寒区隧道THM全耦合过程有限元分析 88
5.4.2 考虑裂隙网络的隧道围岩低温THM耦合过程模拟 95
5.5 小结 97
第6章 裂隙岩体冻融损伤破裂机理及数值仿真 98
6.1 引言 98
6.2 冻融损伤表征参数与损伤变量 98
6.2.1 冻融损伤表征参数的选取 98
6.2.2 统一损伤变量 99
6.2.3 冻融损伤模型中参数确定方法 101
6.3 冻胀力求解与冻胀劣化机理分析 102
6.3.1 水压驱动阶段 102
6.3.2 界面预融阶段 105
6.4 岩体冻融-受荷损伤统计本构模型研究 108
6.4.1 冻融-受荷统计本构方程的建立 108
6.4.2 模型验证与应用 112
6.5 冻胀扩展理论及算法实现 115
6.5.1 冻胀裂隙扩展基础 115
6.5.2 冻胀作用下压剪复合型裂纹扩展准则 119
6.5.3 一种冻胀裂隙网络扩展算法 126
6.5.4 实例分析—基于FLAC 3D的扩展模拟 135
6.6 小结 140
第7章 低温工程数值模拟与冻害防治—工程实例 141
7.1 引言 141
7.2 低温储气库冻胀变形模拟 141
7.2.1 工程概况 142
7.2.2 数值模拟 142
7.2.3 讨论 148
7.3 乌鞘岭隧道低温环境下岩体稳定性分析 148
7.3.1 工程概况 148
7.3.2 洞口端冻胀稳定性模拟 149
7.3.3 讨论 153
7.4 青藏铁路昆仑山隧道冻害防治与设计 153
7.4.1 洞口工程 153
7.4.2 支护衬砌、隔热保温及防排水工程 153
7.5 其他冻岩（土）土工程防冻害措施 155
7.6 小结 157
第8章 结论与展望 158
8.1 结论 158
8.2 展望 159
参考文献 160