1376 工程科学学报.第41卷，第11期 砂岩单轴直接拉伸应力-应变曲线 0.8 弹性变形阶段 塑性变形阶段 0.6 0.4 50%饱和试样的 最大冻胀变形 90%饱和试样的 0.2 最大冻胀变形 0 0.001 0.002 0.003 应变 图1砂岩在不同饱和度下的冻胀变形与单轴拉伸变形对比州 Fig.I Comparison of frost heave deformation and uniaxial tensile deformation of sandstone at different saturation levels! 地层的岩石风化特性存在较大差异，而且干湿条 明，冻结状态下的峰值抗压强度、黏聚力和内摩擦 件对砂岩特性有较大影响.Fang等9指出随着腐 角均有不同程度的提高：②5、10、20和40次冻融 蚀溶液FT最低温度和pH值的降低，黄砂岩抗压 后红砂岩力学试验结果表明，随着FT循环试验次 强度和弹性模量均减小，说明承载力和抗变形能 数的增加，红砂岩的纵波波速、弹性模量和抗压强 力随着延性的增大而减小.De Kock等o探讨了 度逐渐减小；③采用0°、45°和90°三个角度制备三 微米CT技术在研究冻融过程中孔隙尺度动态变 种单裂隙类砂岩岩样，研究冻融循环和周期荷载 化的可能性，试验表明多孔石灰岩冷却至-9.7℃ 耦合下不同冻融循环的破坏特征，表明岩体的损 时（如图2），裂缝网络发育，此时冰结晶并释放潜 伤及强度与岩体裂隙、冻融作用、周期荷载均有 热，吸水路径以及岩石纹理结构影响着裂缝生成 关联，并使用缺陷面积来描述裂隙损伤区 的位置. 综上所述，冻融循环作用使岩体的力学特性 杨更社等叫，张慧梅等1和申艳军等3对 发生了显著的变化，但是关于冻融循环条件下岩 饱和砂岩、红砂岩、单裂隙类砂岩岩样进行了不 体结构劣化的研究不足，尤其是针对高寒边坡采 同冻融次数的FT循环试验，得出的结论主要有： 动条件下岩体结构劣化研究不足，应开展有针对 ①不同冻结温度下的饱和砂岩三轴压缩试验表 性的室内力学试验，特别是接近工程实际和环境 20 (a) 15 10 0 潜热释放引起的放热峰 -5 冻结温度为-5℃ -10 冻结温度为-15℃ -15 -20 0 50b 100015002000250030003500 时间俗 (b) 中点 (c) 中点A 5 mm 图2冻结温度设定在-5℃和-15℃时读出数据四(a)岩样中传感器温度随时间的变化：(b)放热峰前CT切片及裂缝半高全宽值曲线：（©）放热 峰后CT切片及裂缝半高全宽值曲线 Fig.2 Readouts of freezing temperature with set points-5Cand-15:(a)the temperature of the sensor in the rock sampler as a function of time; (b)CT slice and Full Width Half Maximum (fwhm)before the exothermal peak;(c)CT slice and Full Width Half Maximum(fwhm)after the exothermal peak地层的岩石风化特性存在较大差异，而且干湿条 件对砂岩特性有较大影响. Fang 等[9] 指出随着腐 蚀溶液 FT 最低温度和 pH 值的降低，黄砂岩抗压 强度和弹性模量均减小，说明承载力和抗变形能 力随着延性的增大而减小. De Kock 等[10] 探讨了 微米 CT 技术在研究冻融过程中孔隙尺度动态变 化的可能性，试验表明多孔石灰岩冷却至−9.7 ℃ 时（如图 2），裂缝网络发育，此时冰结晶并释放潜 热，吸水路径以及岩石纹理结构影响着裂缝生成 的位置. 杨更社等[11] ，张慧梅等[12] 和申艳军等[13−14] 对 饱和砂岩、红砂岩、单裂隙类砂岩岩样进行了不 同冻融次数的 FT 循环试验，得出的结论主要有： ①不同冻结温度下的饱和砂岩三轴压缩试验表 明，冻结状态下的峰值抗压强度、黏聚力和内摩擦 角均有不同程度的提高；②5、10、20 和 40 次冻融 后红砂岩力学试验结果表明，随着 FT 循环试验次 数的增加，红砂岩的纵波波速、弹性模量和抗压强 度逐渐减小；③采用 0°、45°和 90°三个角度制备三 种单裂隙类砂岩岩样，研究冻融循环和周期荷载 耦合下不同冻融循环的破坏特征，表明岩体的损 伤及强度与岩体裂隙、冻融作用、周期荷载均有 关联，并使用缺陷面积来描述裂隙损伤区. 综上所述，冻融循环作用使岩体的力学特性 发生了显著的变化，但是关于冻融循环条件下岩 体结构劣化的研究不足，尤其是针对高寒边坡采 动条件下岩体结构劣化研究不足，应开展有针对 性的室内力学试验，特别是接近工程实际和环境 0 0.001 0.002 0.003 0.8 0.4 0.2 0 0.6 应变 应力/MPa 50%饱和试样的 最大冻胀变形 90%饱和试样的 最大冻胀变形 砂岩单轴直接拉伸应力−应变曲线 弹性变形阶段 塑性变形阶段 图 1    砂岩在不同饱和度下的冻胀变形与单轴拉伸变形对比[4] Fig.1    Comparison of frost heave deformation and uniaxial tensile deformation of sandstone at different saturation levels[4] 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 时间/s 温度/°C −20 −5 −10 −15 20 15 10 0 5 冻结温度为−5 ℃ 冻结温度为−15 ℃ (a) (b) 5 mm 潜热释放引起的放热峰 中点 (c) 中点 边 缘 点 边 缘 点 图 2    冻结温度设定在−5 ℃ 和−15 ℃ 时读出数据[10] . （a）岩样中传感器温度随时间的变化；（b）放热峰前 CT 切片及裂缝半高全宽值曲线；（c）放热 峰后 CT 切片及裂缝半高全宽值曲线 Fig.2    Readouts of freezing temperature with set points −5 ℃ and −15 ℃[10] : (a) the temperature of the sensor in the rock sampler as a function of time; (b) CT slice and Full Width Half Maximum (fwhm) before the exothermal peak; (c) CT slice and Full Width Half Maximum (fwhm) after the exothermal peak · 1376 · 工程科学学报，第 41 卷，第 11 期