冻融作用下不同初始损伤程度-饱和度砂岩循环加卸载力学响应与演化机制
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TU45

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广西自然科学基金资助项目(No. 2023GXNSFAA026185、2021GXNSFBA196043); 国家自然科学基金雅砻江联合基金(No.U1965204);国家自然科学基金资助项目(No. 41962017);广西高等学校高水平创新团队及卓越学者计划项目(桂教人才〔2020〕6号); 广西科技大学博士基金资助项目 (No.校科博19Z42)


Mechanical response and evolution mechanism of cyclic loading-unloading in damaged sandstone with different saturations under freeze-thaw action
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    摘要:

    寒区岩体在冻融环境下的劣化行为严重威胁工程结构的安全性与稳定性。通过Rock Top多场耦合试验仪,开展冻融作用下不同饱和度与损伤程度砂岩的单轴循环加卸载试验,研究其力学性能及能量演化规律。结果表明:(1)随饱和度与损伤值的增加,冻融砂岩峰值强度显著降低,峰值应变增大,且损伤值越高,砂岩承载能力下降越显著,破坏模式逐渐由脆性向延性转变;(2)循环加卸载过程中,弹性模量随循环次数与损伤值的增加呈“骤降-缓慢下降-加速下降”三阶段衰减规律;(3)随循环次数、饱和度及损伤值的增加,弹性应变能逐渐向耗散能转化,且饱和度与损伤值越高,累积能量与耗散能比例越大;(4)扫描电镜(SEM)观测表明,冻融次数、饱和度及损伤值的增加导致砂岩内部裂纹与孔隙显著增多,微观结构劣化加剧,高损伤值条件下裂纹网络贯通效应尤为显著。研究表明,饱和度与损伤值的协同作用是冻融砂岩宏观力学性能劣化的关键因素。研究成果为寒区岩体工程的设计与灾害防控提供了理论依据。

    Abstract:

    The degradation of rock masses under freeze-thaw cycles in cold regions poses a significant threat to the safety and stability of engineering structures. This study investigates the mechanical properties and energy evolution of sandstone with varying saturation levels and damage degrees under freeze-thaw conditions through uniaxial cyclic loading tests using the Rock Top multi-field coupled test apparatus.[ ] The results indicate that: (1) With increasing saturation and damage values, the peak strength of freeze-thawed sandstone decreases significantly, while the peak strain increases, transitioning from brittle to ductile failure modes. (2) The elastic modulus decreases progressively with the number of cycles and damage values, exhibiting a three-stage decay pattern: sharp decline, gradual decline, and accelerated decline. (3) As the number of cycles, saturation, and damage values increase, elastic strain energy gradually converts into dissipated energy, with higher saturation and damage values leading to gr

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

林志南,黄文杰,张强,等. 冻融作用下不同初始损伤程度-饱和度砂岩循环加卸载力学响应与演化机制[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(13): 5658-5669.
Lin Zhinan, Huang Wenjie, Zhang Qiang, et al. Mechanical response and evolution mechanism of cyclic loading-unloading in damaged sandstone with different saturations under freeze-thaw action[J]. Science Technology and Engineering,2026,26(13):5658-5669.

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  • 收稿日期:2025-06-09
  • 最后修改日期:2026-02-10
  • 录用日期:2025-11-19
  • 在线发布日期: 2026-05-18
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