·1254 北京科技大学学报 第35卷 算的损伤值随着冻融次数的增多，其增长趋势趋于 逐渐增加，不同冻融条件下岩石孔隙度变化率呈现 平缓，细粒花岗岩尤为明显：而通过自洽理论得到 降低的趋势，说明冻融作用对于两种粒径花岗岩的 的细观损伤值则随着冻融循环次数的增加而呈现出 损伤程度慢慢减少，由此而言宏观损伤理论计算得 急剧增大的趋势.从表2中可知，随着冻融次数的 到的冻融损伤演化规律更符合实际 0.5 0.4 y=-0.00962+0.1959x-0.18854 y=0.03022+0.2695x-0.23874 0.4 R=0.9992 R2=0.9999 0.3 0.3 ■细观损伤值 ■细观损伤值 0.2 ·宏观损伤值 2 ▲宏观损伤值 照 0.1 ◆ 0.1 y=0.03x-0.0399x+0.0214 y=0.03472-0.0811r+0.0535 R=0.9609 0 0 RP=0.9796 30 60 90 30 60 90 冻融次数 冻融次数 图3冻融次数对粗粒花岗岩()和细粒花岗岩(b)宏、细观损伤变量的影响 Fig.3 Effect of freezing-thawing cycles on the damage variables of coarse-grain granite(a)and fine-grain granite(b) 4结论 同冻融条件下细粒花岗岩的损伤变量较粗粒花岗岩 (1)粗、细两类花岗岩随着冻融循环的进行，核 低，即细粒花岗岩的冻融耐久性更强 磁共振T分布图谱中最大弛豫时间和信号强度均 不断提高，即岩样内孔隙孔径和孔隙度不断提高： 参考文献 而饱和岩样质量受到孔隙水和表面劣化的影响存在 一定变化：核磁共振成像将岩样内部孔隙在冻融条 [1]Li N,Cheng G D.Xie D Y.Geomechanics development in civil construction in Western China.Chin J Geotech 件下的变化进行具象化，直观展现了细观损伤的演 Eng,2001,23(3:268 化过程 (李宁，程国栋，谢定义.西部大开发中的岩土力学问题.岩 (②)冻融循环过程中，饱水花岗岩在孔隙水相 土工程学报，2001,23(3)：268) 变和成岩颗粒差异性的交互作用下，内部孔隙处于 [2]Sondergeld C H,Rai C.Velocity and resistivity changes 萌生、发育、扩展到不断贯通联接的过程，使得可检 during freeze-thaw cycles in Berea sandstone.Geophysics, 测信号的T2最大值和信号强度不断提高，在孔隙 2007,72(2):99 成像上则表现为亮点亮度和密集程度大幅提高.孔 [3]Yavuz H.Effect of freeze-thaw and thermal shock weath- 隙密集区域内孔隙间的逐渐联通将最终导致宏观破 ering on the physical and mechanical properties of an an- 坏 desite stone.Bull Eng Geol Environ,2011,70(2):187 [4]Xu G M,Lin Q S.Analysis of mechanism of rock failure (3)根据岩石力学试验，两类花岗岩均随着冻 due to freeze-thaw cycling and mechanical testing study 融循环次数的增加，强度和弹性模量不断降低，其 on frozen-thawed rocks.Chin J Rock Mech Eng,2005. 中粗粒花岗岩在90次冻融循环之后强度损失达到 24(17):3076 43.3%,细粒花岗岩的强度损失相对较小，说明相同 (徐光苗，刘泉声.岩石冻融破坏机理分析及冻融力学试验 试验条件下粗粒花岗岩对冻融循环更敏感 研究.岩石力学与工程学报，2005,24(17)：3076) (4)以宏观唯象理论和自洽理论为基础建立了 5]Zhang H M,Yang G S.Research on damage model of 岩石冻融损伤变量与冻融次数之间的关系，并结 rock under coupling action of freeze-thaw and load.Chin J Rock Mech Eng.2010,29(3):471 合冻融过程中岩石的孔隙度变化特征，对所得到的 (张慧梅，杨更社.冻融与荷载耦合作用下岩石损伤模型的 粗、细花岗岩的冻融损伤变量的演化曲线进行了比 研究.岩石力学与工程学报，2010,29(3：471) 较.研究认为：宏观损伤理论结果更符合核磁共 (6]Zhang H M,Yang GS.Freeze-thaw cycling and mechani- 振检测结果，即随着冻融循环次数的增加，花岗岩 cal experiment and damage propagation characteristics of 的损伤变量的提升幅度逐渐降低，趋于稳定；在相 rock.J China Univ Min Technol,2011,40(1):140· 1254 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 算的损伤值随着冻融次数的增多，其增长趋势趋于 平缓，细粒花岗岩尤为明显；而通过自洽理论得到 的细观损伤值则随着冻融循环次数的增加而呈现出 急剧增大的趋势. 从表 2 中可知，随着冻融次数的 逐渐增加，不同冻融条件下岩石孔隙度变化率呈现 降低的趋势，说明冻融作用对于两种粒径花岗岩的 损伤程度慢慢减少，由此而言宏观损伤理论计算得 到的冻融损伤演化规律更符合实际. 图 3 冻融次数对粗粒花岗岩 (a) 和细粒花岗岩 (b) 宏、细观损伤变量的影响 Fig.3 Effect of freezing-thawing cycles on the damage variables of coarse-grain granite (a) and fine-grain granite (b) 4 结论 (1) 粗、细两类花岗岩随着冻融循环的进行，核 磁共振 T2 分布图谱中最大弛豫时间和信号强度均 不断提高，即岩样内孔隙孔径和孔隙度不断提高； 而饱和岩样质量受到孔隙水和表面劣化的影响存在 一定变化；核磁共振成像将岩样内部孔隙在冻融条 件下的变化进行具象化，直观展现了细观损伤的演 化过程. (2) 冻融循环过程中，饱水花岗岩在孔隙水相 变和成岩颗粒差异性的交互作用下，内部孔隙处于 萌生、发育、扩展到不断贯通联接的过程，使得可检 测信号的 T2 最大值和信号强度不断提高，在孔隙 成像上则表现为亮点亮度和密集程度大幅提高. 孔 隙密集区域内孔隙间的逐渐联通将最终导致宏观破 坏. (3) 根据岩石力学试验，两类花岗岩均随着冻 融循环次数的增加，强度和弹性模量不断降低，其 中粗粒花岗岩在 90 次冻融循环之后强度损失达到 43.3%，细粒花岗岩的强度损失相对较小，说明相同 试验条件下粗粒花岗岩对冻融循环更敏感. (4) 以宏观唯象理论和自洽理论为基础建立了 岩石冻融损伤变量与冻融次数之间的关系，并结 合冻融过程中岩石的孔隙度变化特征，对所得到的 粗、细花岗岩的冻融损伤变量的演化曲线进行了比 较. 研究认为：宏观损伤理论结果更符合核磁共 振检测结果，即随着冻融循环次数的增加，花岗岩 的损伤变量的提升幅度逐渐降低，趋于稳定；在相 同冻融条件下细粒花岗岩的损伤变量较粗粒花岗岩 低，即细粒花岗岩的冻融耐久性更强. 参 考 文 献 [1] Li N, Cheng G D, Xie D Y. Geomechanics development in civil construction in Western China. Chin J Geotech Eng, 2001, 23(3): 268 (李宁, 程国栋, 谢定义. 西部大开发中的岩土力学问题. 岩 土工程学报, 2001, 23(3): 268) [2] Sondergeld C H, Rai C. Velocity and resistivity changes during freeze-thaw cycles in Berea sandstone. Geophysics, 2007, 72(2): 99 [3] Yavuz H. Effect of freeze-thaw and thermal shock weath￾ering on the physical and mechanical properties of an an￾desite stone. Bull Eng Geol Environ, 2011, 70(2): 187 [4] Xu G M, Lin Q S. Analysis of mechanism of rock failure due to freeze-thaw cycling and mechanical testing study on frozen-thawed rocks. Chin J Rock Mech Eng, 2005, 24(17): 3076 (徐光苗, 刘泉声. 岩石冻融破坏机理分析及冻融力学试验 研究. 岩石力学与工程学报, 2005, 24(17): 3076) [5] Zhang H M, Yang G S. Research on damage model of rock under coupling action of freeze-thaw and load. Chin J Rock Mech Eng, 2010, 29(3): 471 (张慧梅, 杨更社. 冻融与荷载耦合作用下岩石损伤模型的 研究. 岩石力学与工程学报, 2010, 29(3): 471) [6] Zhang H M, Yang G S. Freeze-thaw cycling and mechani￾cal experiment and damage propagation characteristics of rock. J China Univ Min Technol, 2011, 40(1): 140