The invention discloses a method for accurately calculating the elastic modulus of tunnel rock in cold region after repeated freeze-thaw damage: A. The half-length lN of microcrack propagation is lN=lN+lN 1(32); B. The corresponding microcrack density parameter beta is expressed as follows:
【技术实现步骤摘要】
精准测算反复冻融损伤后寒区隧道岩石弹性模量的方法
本专利技术涉及寒区隧道力学测算相关
，尤其涉及一种精准测算反复冻融损伤后寒区隧道岩石弹性模量的方法。
技术介绍
由冻融造成的岩体工程失效是目前寒区工程建设中常常遇到的一个重要问题，如围岩冻胀导致的隧道衬砌开裂被认为是寒区隧道破坏的主要形式之一。在寒区隧道建设中，隧道围岩冻胀力的计算是进行衬砌结构设计的前提和基础。由于岩体含有众多的孔隙及裂隙，当水进入其中，并在低温下发生冻结时将产生巨大的冻胀力[2]，进而导致岩体发生进一步的损伤演化，而后融化后的水又进入新形成的孔隙中，如此循环往复。多次的冻融循环将使岩体发生一系列的物理、力学变化，最终导致隧道破坏。为此国内外学者分别从试验、理论及数值计算等多个方面对隧道围岩冻胀力进行了较为深入的研究。首先从试验角度来看，渠孟飞等[1]通过室内模型试验采取隧道洞腔内降温的方式模拟隧道受到的低温条件，研究了水分在岩体裂隙中迁移产生的冻胀，结果表明衬砌冻胀应变在仰拱和仰拱脚处较小，在拱顶、拱脚及边墙处较大，最大处发生在边墙。为估计隧道衬砌在冻胀力作用下的安全性，Hu等[2]通过室...
【技术保护点】
1.精准测算反复冻融损伤后寒区隧道岩石弹性模量的方法，其特征在于：A、以微裂纹始终饱和为基础，在第N次冻融循环时微裂纹扩展半长记为ΔlN；经历N次冻融循环后，微裂纹扩展半长lN为：lN＝ΔlN+lN‑1 (32)；B、相应的微裂纹密度参数β表示为：
【技术特征摘要】
1.精准测算反复冻融损伤后寒区隧道岩石弹性模量的方法，其特征在于：A、以微裂纹始终饱和为基础，在第N次冻融循环时微裂纹扩展半长记为ΔlN；经历N次冻融循环后，微裂纹扩展半长lN为：lN＝ΔlN+lN-1(32)；B、相应的微裂纹密度参数β表示为：C、单位体积内被激活扩展的微裂纹数量服从指数分布，即：式中，ρ为单位面积上微裂纹半径大于l的微裂纹数目，ρ0为微裂纹总数，lc为微裂纹分布参数；D、在二维条件下，考虑微裂纹之间的互相作用，得到岩石有效弹性模量的表达式：式中，E0为岩石初始弹性模量，单位为MPa；EN为冻融N次之后的岩石等效弹性模量，单位为MPa；β为微裂纹密度参数，表示为β＝ρ(Δl)2；ρ为单位面积上经冻融后扩展半长为Δl的微裂纹数量，单位为条/m2；E、最后，把式(32)～(34)代入式(30)，对EN进行求解，得到冻融N次之后的隧道围岩的等效弹性模量。2.根据权利要求1所述的精准测算反复冻融损伤后寒区隧道岩石弹性模量的方法，其特征在于：步骤A中，当N＝1时，记Δl1＝Δl，按照如下公式进行计算：式中，p为单条微裂纹的冻胀力，l为岩石微裂的近似平面椭圆长轴半径，b为隧道围岩冻结区内径/隧道衬砌外径，Y为微裂纹能量释放率，ΔVi为冰体单宽膨胀体积。3.根据权利要求2所述的精准测算反复冻融损伤后寒区隧道岩石弹性模量的方法，其特征在于：当微裂隙发生冻胀作用时，冻胀力均匀分布在其内壁上，测算微裂纹冻胀扩展时进行如下近似处理：①冻胀前后微裂纹均为平面椭圆形，即形状不变和中心位置不变，仅大小变化；②忽略水分迁移与岩石骨架变形；③微裂纹始终饱和状态；④微裂纹稳定扩展，且符合线弹性断裂理论。4.根据权利要求3所述的精准测算反复冻融损伤后寒区隧道岩石弹性模量的方法，其特征在于：所述Y为微裂隙Griffith能量释放率，计算公式为：其中，Er为低温岩石弹性模量，ErT为T温度下的岩石弹性模量，当温度降低时，岩石的弹性模量会增加，即取ErT＝mEr，ErT和Er分别为常温和低温T时的岩石弹性模量，m为由温度降低引起的弹性模量放大系数，其值与温度T有关，取为1～2。5.根据权利要求4所述的精准测算反...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘红岩，赵雨霞，祝凤金，葛紫微，戴华龙，谢天铖，周月智，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11
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