第6期 李云鹏等：岩石低温单轴压缩力学特性 ·675· 表2干燥低温与饱和冻结状态下花岗岩弹性参数 Table 2 Elastic parameters of granite under the drying and low temperature condition and the saturated freezing condition 干燥低温状态 饱和冻结状态 温度/℃ E()/GPa v() G(r)/GPa E(T)/GPa v(r） G(T)/GPa -10 14.55304 0.123966 6.47176 10.97713 0.13870 4.821993 -20 18.68976 0.147818 8.176935 15.90915 0.151381 6.915156 -30 19.84095 0.162529 8.533637 16.17953 0.156989 6.959271 -40 20.07318 0.173152 8.661435 16.46441 0.167898 7.052255 -50 21.65710 0.189215 9.099689 17.53912 0.177533 7.447402 由此可见，随着低温温度的不断降低，花岗岩力 特性试验研究.岩石力学与工程学报，2010,29(3)：459) 学特性参数在两种低温状态下均呈增加趋势 5] Wu G,He G L,Zhang L,et al.Experimental study on cycles of freezethaw of marble.Chin J Rock Mech Eng,2006,25(Suppl 4结论 1):2930 (吴刚，何国梁，张磊，等.大理岩循环冻融试验研究.岩石力 (1)以非线性热弹性理论为基础，考虑物性系 学与工程学报，2006,25（增刊1）：2930) 数随温度的变化以及考虑饱和岩体孔隙冰胀效应， ⊙ Yamabe T,Neaupane K M.Determination of some thermo-me- 给出的描述应力、应变和低温温度关系的非线性热 chanical properties of Sirahama sandstone under subzero tempera- 弹性本构方程，对于变温场并考虑热力和冰胀效应 ture condition.Int J Rock Mech Min Sci,2001,38(7):1029 问题有很好的适应性. Liu C Y,He M C,Wang S R,et al.Experimental investigation (2)根据建立的变温非线性本构关系，导出了 freeze-hawing damage characteristics of granite at low tempera- ture.J Hunan Unig Sci Technol Nat Sci Ed,2005,21(1):37 单轴压缩状态下考虑热力和冰胀效应的岩石抗压强 (刘成禹，何满潮，王树仁，等.花岗岩低温冻融损伤特性的实 度分析式，并定义了附加强度的概念.通过试验分 验研究.湖南科技大学学报：自然科学版，2005,21(1)：37) 析表明，花岗岩饱和冻结状态下的抗压强度大于干 Winker E M.Frost damage to stone and concrete:geological con- 燥低温状态的抗压强度，其相差量随着温度的降低 siderations.Eng Geol,1968,2(5):315 有增加的趋势.在同一状态下抗压强度随温度的降 9]Tang MM,Wang Z Y,Sun Y L,et al.Experimental study on me- chanical properties of granite under low temperatures.Chin Rock 低呈衰减增长趋势，增长比率逐渐减小.低温附加 Mech Eng,2010,29(4):787 强度增量主要是由岩石基质热力效应所贡献，孔隙 (唐明明，王芝银，孙毅力，等.低温条件下花岗岩力学特性试 冰胀效应贡献相对较小 验研究.岩石力学与工程学报，2010,29(4)：787) (3)研究表明，花岗岩的弹性模量在干燥低温 [10]Chen F X,Li N,Xu B.Theoretical frame for unsaturated freezing 或饱和冻结状态下均随温度的降低而呈增大趋势， soil.Acta Mech Sin,2005,37(2):204 泊松比相对变化较小，而且随温度降低也呈增大趋 (陈飞熊，李宁，徐彬.非饱和正冻土的三场耦合理论框架 势，但其量值波动甚小 力学学报，2005,37(2)：204) [1]He G L,Zhang L,Wu G.Test study on physical characteristics 参考文献 of rock under freezingthawing cycles.Rock Soil Mech,2004,25 (Suppl 2):52 Park C.Synn J H,Shin H S,et al.Experimental study on the ther- (何国梁，张磊，吴刚.循环冻融条件下岩石物理特性的试验 mal characteristics of rock at low temperature.Int J Rock Mech 研究.岩土力学，2004,25（增刊2）：52) Min Sci,2004.41(Suppl 1):1 [12]Wang H G.Thermoelasticity Introduction.Beijing:Tsinghua Aoki K.Hibiya K,Yoshida T.Storage of refrigerated liquefied ga- University Press,1989 ses in rock caverns:characteristics of rock under very low tempera- (王洪刚.热弹性力学概论.北京：清华大学出版社，1989) tures.Tunnelling Underground Space Technol,1990,5(4):319 B]Xu G M,Liu Q S,Peng WW,et al.Experimental study on basic [13]Wang Z K,Huang S H.Theory of Elasticity.Xi'an:Xi'an Jiao- mechanical behaviors of rocks under low temperatures.Chin tong University Press,1995:234 Rock Mech Eng,2006,25(12):2502 (王子昆，黄上恒.弹性力学.西安：西安交通大学出版社， 1995:234) (徐光苗，刘泉声，彭万巍，等.低温作用下岩石基本力学性质 试验研究.岩石力学与工程学报，2006,25(12)：2502) [14]Li Y P,Wang Z Y.Study on relationships of strength parameters 4]Yang G S,Xi J M,Li H J,et al.Experimental study of rock me- and ice expansion force of granite under low temperature.Chin J chanical properties under triaxial compressive and frozen condi- Rock Mech Eng,2010.29(Suppl 2):4113 tions.Chin J Rock Mech Eng,2010,29(3):459 (李云鹏，王芝银.花岗岩低温强度参数与冰胀力的关系研 (杨更社，奚家米，李慧军，等.三向受力条件下冻结岩石力学 究.岩石力学与工程学报，2010,29（增刊2）：4113)第 6 期 李云鹏等: 岩石低温单轴压缩力学特性 表 2 干燥低温与饱和冻结状态下花岗岩弹性参数 Table 2 Elastic parameters of granite under the drying and low temperature condition and the saturated freezing condition 温度/℃ 干燥低温状态 饱和冻结状态 E( τ) /GPa ν( τ) G( τ) /GPa E( τ) /GPa ν( τ) G( τ) /GPa － 10 14. 553 04 0. 123 966 6. 471 76 10. 977 13 0. 138 70 4. 821 993 － 20 18. 689 76 0. 147 818 8. 176 935 15. 909 15 0. 151 381 6. 915 156 － 30 19. 840 95 0. 162 529 8. 533 637 16. 179 53 0. 156 989 6. 959 271 － 40 20. 073 18 0. 173 152 8. 661 435 16. 464 41 0. 167 898 7. 052 255 － 50 21. 657 10 0. 189 215 9. 099 689 17. 539 12 0. 177 533 7. 447 402 由此可见，随着低温温度的不断降低，花岗岩力 学特性参数在两种低温状态下均呈增加趋势． 4 结论 ( 1) 以非线性热弹性理论为基础，考虑物性系 数随温度的变化以及考虑饱和岩体孔隙冰胀效应， 给出的描述应力、应变和低温温度关系的非线性热 弹性本构方程，对于变温场并考虑热力和冰胀效应 问题有很好的适应性． ( 2) 根据建立的变温非线性本构关系，导出了 单轴压缩状态下考虑热力和冰胀效应的岩石抗压强 度分析式，并定义了附加强度的概念． 通过试验分 析表明，花岗岩饱和冻结状态下的抗压强度大于干 燥低温状态的抗压强度，其相差量随着温度的降低 有增加的趋势． 在同一状态下抗压强度随温度的降 低呈衰减增长趋势，增长比率逐渐减小． 低温附加 强度增量主要是由岩石基质热力效应所贡献，孔隙 冰胀效应贡献相对较小． ( 3) 研究表明，花岗岩的弹性模量在干燥低温 或饱和冻结状态下均随温度的降低而呈增大趋势， 泊松比相对变化较小，而且随温度降低也呈增大趋 势，但其量值波动甚小． 参 考 文 献 ［1］ Park C，Synn J H，Shin H S，et al． Experimental study on the ther￾mal characteristics of rock at low temperature． Int J Rock Mech Min Sci，2004，41( Suppl 1) : 1 ［2］ Aoki K，Hibiya K，Yoshida T． Storage of refrigerated liquefied ga￾ses in rock caverns: characteristics of rock under very low tempera￾tures． Tunnelling Underground Space Technol，1990，5( 4) : 319 ［3］ Xu G M，Liu Q S，Peng W W，et al． Experimental study on basic mechanical behaviors of rocks under low temperatures． Chin J Rock Mech Eng，2006，25( 12) : 2502 ( 徐光苗，刘泉声，彭万巍，等． 低温作用下岩石基本力学性质 试验研究． 岩石力学与工程学报，2006，25( 12) : 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