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我国是世界上寒区面积分布最多的国家之一,永久性和季节性冻土面积约占全国陆地总面积的3/4。随着我国寒区工程建设的日益增多,出现了一系列冻融岩石问题,因此研究岩石在冻融环境下的物理力学特性显得尤为重要。论文针对寒区日益增长的工程需要,以试验研究为基础,系统地研究岩石在冻融循环和围压作用下的物理力学特性;以寒区大型岩体工程为背景,采用有限元方法对隧道围岩进行温度应力耦合数值模拟及分析,并提出相应的冻害防治措施,为寒区岩体工程建设提供一定的理论基础。从现场取回红砂岩岩块,加工成?50mm?100mm的国际标准试件,进行开放饱水状态下的冻融循环试验,观察并记录岩石冻融损伤劣化过程及冻融破坏方式,探讨岩石质量、体积、密度、纵波波速随冻融循环次数的变化规律,分析冻融损伤劣化机理及其影响因素。结果表明:红砂岩的损伤劣化模式可分为颗粒剥落、龟裂、片落及断裂4种模式;随着冻融循环次数的增加,岩石的质量、体积、密度呈先增加后减小的趋势,纵波波速呈现出持续减小的趋势。对经历不同冻融循环次数(0,5,10,20,40次)后的红砂岩试件进行4种围压(0MPa,2MPa,4MPa,6MPa)下的力学特性试验。分析不同冻融条件及不同围压下岩石三轴压缩的应力-应变曲线、抗压强度、极值应变、弹性模量、泊松比、残余强度、内摩擦角、粘聚力等随冻融条件和围压的变化关系。研究表明:红砂岩的抗压强度和极值应变随围压的增大而增大,但随着冻融循环次数的增加,抗压强度逐渐减小,极值应变则逐渐增大;岩石的弹性模量、残余强度随着围压的增大而增大,随着冻融循环次数的增加而减小;泊松比随着围压的增大逐渐减小,随着冻融循环次数的增加而逐渐增大;内摩擦角、粘聚力、抗冻性随冻融循环次数的增加而逐渐减小。以大阪山隧道工程为研究对象,运用有限元方法,对隧道围岩进行温度场与应力场耦合作用下的数值模拟分析。结果表明:随着冻融时间的增加,隧道的最大拉应力逐渐增大,最大压应力逐渐减小;隧道顶部逐渐下沉,隧道底部向上的位移量逐渐增加;冻结圈的厚度逐渐增大,但增大速度随时间的增加逐渐趋缓。