水结冰膨胀压力测试方法及实验数据分析

水结冰膨胀压力测试方法及实验数据分析

[摘要]寒区在我国分布面积较广，这些地区的岩体及混凝土工程都不同程度的受到冻融作用的危害。冻融破坏中产生主要影响的是水结冰产生的膨胀压力，根据静态破裂剂膨胀压力测试方法，设计了水结冰膨胀压力测试系统。通过该系统的室内试验，得出了较为理想的实验数据，为岩体及混凝土的冻融实验及模拟起到了一定的指导作用，并提供了具有参考价值的参数。

[关键词]冻融作用 膨胀压力 测试方法

1引言

寒冷地区，岩石的孔隙或裂隙中的水在冻结成冰时，体积膨大9%左右，因而它对围限它的岩石裂隙壁产生很大的压力，可达960～2000kg/cm2，使岩石裂隙加深加宽。当冰融化时，水沿扩大了的裂隙更深入地渗入岩石的内部，同时水量也可能增加，并再次冻结成冰。这样冻融频繁进行，使裂隙不断扩大，以至使岩石崩裂成为岩屑。这种作用叫冰劈作用 [1]。

从岩石的冻融破坏机理上看，造成这种破坏的原因是由于水在结冰时，体积发生膨胀，在岩石矿物颗粒之间产生了巨大的局部拉、压应力（即冻胀力）[2]。

我国地域辽阔，寒区分布面积广泛。随着我国经济的发展，隧道、公路、水库等工程建设项目不断增多，其中很多项目就分布于寒区，这些工程项目都不同程度的受到冻融破坏的影响。影响岩石的冻融破坏的因素多而复杂，比如温度、岩性、孔隙率、含水量、冻融次数等。而这些因素中，温度的影响很大，因为它决定了水结冰的速率，决定了膨胀压力的增大速率，进而控制了岩石破坏的速率。目前国内对冻融破坏的研究很多，但是针对不同温度下水结冰膨胀压力的试验寥寥无几。

为了能够更好的研究温度对冻融破坏的发展过程的影响，并为相关的模拟实验提供参数及指导，本文在借鉴王玉杰[3]静态破裂剂膨胀压力测试方法的基础上，设计出了适用于测试水结冰膨胀压力的系统，得到了较为理想的效果。

2膨胀压力测试方法

2.1理论依据

假设水结冰产生的膨胀压力具有各向同性的性质。将水密封于钢模模拟炮孔中，在水结冰的过程中，除了轴向，其他方向都受到刚性约束，则轴向压力就是水结冰时的膨胀压力。通过活塞将轴向压力传递给耐低温液压油，则用液压油压力表测出的油压值就等效于水结冰产生的膨胀压力。

2.2 刚性炮孔模具及刚性油压管的设计

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