温度-渗流-应力耦合作用下冻融砂岩蠕变特性试验研究

蔡天佐; 宋勇军; 张森; 龚泊友; 田汝栋; 刘贯飞

doi:10.16285/j.rsm.2025.0424

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温度-渗流-应力耦合作用下冻融砂岩蠕变特性试验研究

更新时间：2026-07-06

- 温度-渗流-应力耦合作用下冻融砂岩蠕变特性试验研究
- Vol. 47, Issue 5, Pages: 1583-1596+1608(2026)
- 作者机构：
  
  1. 西安科技大学建筑与土木工程学院
  2. 中国十九冶集团有限公司
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.16285/j.rsm.2025.0424
  CLC： TU45
- Published：2026
- 稿件说明：
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蔡天佐, 宋勇军, 张森, et al. 温度-渗流-应力耦合作用下冻融砂岩蠕变特性试验研究[J]. 2026, 47(5): 1583-1596+1608.
DOI：

蔡天佐, 宋勇军, 张森, et al. 温度-渗流-应力耦合作用下冻融砂岩蠕变特性试验研究[J]. 2026, 47(5): 1583-1596+1608. DOI： 10.16285/j.rsm.2025.0424.

摘要

寒区工程岩体长期暴露在温度场-渗流场-应力场（thermo-hydraulic-mechanical，简称THM）耦合组成的复杂环境中，其工程行为及地质灾害均与THM耦合作用密切相关。针对寒区露天矿岩质边坡，通过模拟岩体赋存的复杂冻融环境，开展THM耦合作用下冻融砂岩蠕变试验，研究冻融岩石在THM耦合作用下的时效变形和破坏特性。结果表明：（1）在THM耦合作用下，砂岩内部存在随温度周期变化而产生的低频周期应力，这是砂岩蠕变损伤累积和引发疲劳破坏的主要原因。（2）冻融砂岩蠕变过程可划分为冻胀阶段、冻结稳态蠕变阶段、融缩阶段和解冻后稳态蠕变阶段4个阶段。其中冻胀阶段以膨胀应变为主，融缩阶段则表现为压缩应变。（3）砂岩蠕变过程中的冻融与渗流环境之间存在相互影响。渗流为解冻后的砂岩补充水分并强化了冻融损伤，而冻融则通过提高岩石孔隙率和孔隙连通性来增强渗流对砂岩蠕变破裂的影响。二者相互作用形成恶性循环，从而加剧了砂岩的蠕变破坏。（4）冻融砂岩在THM耦合作用下的蠕变过程中，应变与渗流存在较好的一致性。砂岩在冻结过程中的渗透率随其冷缩应变而增大，因孔隙水相变引起冻胀应变而减小；解冻时渗透率则随着孔隙冰的融化发生融缩应变而增大，稳态蠕变过程中的渗透率随压缩应变呈逐渐减小趋势。研究揭示了低温THM耦合作用下寒区岩体的蠕变特性及渗流特性，为寒区岩体工程的稳定性评价与灾害防控提供科学依据。

Abstract

关键词

Keywords

references

School of Resources and Environmental Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan, Hubei 430081, China,Hubei Key Laboratory for Efficient Utilization and Agglomeration of Metallurgic Mineral Resources, Wuhan 430081, China,State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China,School of Resources and Environmental Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan, Hubei 430081, China,School of Resources and Environmental Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan, Hubei 430081, China,School of Highway, Chang'an University, Xi'an, Shaanxi 710064, China.A fully coupled thermo-hydro-mechanical model including the determination of coupling parameters for freezing rock[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2018.

Xianjun Tan,Weizhong Chen,Hongyuan Liu,Luyu Wang,Wei Ma,Andrew Hin Cheong Chan.A unified model for frost heave pressure in the rock with a penny-shaped fracture during freezing[J].Cold Regions Science and Technology,2018.

Yongshui Kang,Quansheng Liu,Shibing Huang.A fully coupled thermo-hydro-mechanical model for rock mass under freezing/thawing condition[J].Cold Regions Science and Technology,2013.

工程岩体试验方法标准(附条文说明)[S].2013.

李国锋,李宁,刘乃飞,朱才辉.基于FLAC~(3D)的含相变三场耦合简化算法[J].岩石力学与工程学报,2017(S2).

谭贤君,陈卫忠,伍国军,郑朋强.低温冻融条件下岩体温度-渗流-应力-损伤(THMD)耦合模型研究及其在寒区隧道中的应用[J].岩石力学与工程学报,2013(02).

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