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巖體凍結過程中水/冰相變和水分遷移引起的凍脹力是誘發巖體凍脹開裂的主要原因，特別是在季節性凍融循環期間，凍脹力萌生與消散導致節理、裂隙反復張開和閉合，改變了地質體的物理力學性質，嚴重影響巖體的強度、完整性和穩定性，長此以往，容易引發由凍脹風化導致的巖傾覆、滑坡、崩塌、落石等災害。此外，巖體及工程結構的凍脹風化也將嚴重威脅高寒高海拔地區自然資源的安全開發和工程設施的長期性能保持?，F有研究已取得了一些令人滿意的結果，但凍脹風化是一個復雜的過程，目前仍然缺乏較為完備的理論，阻礙了對這一過程的深入理解。
為此，中國科學院武漢巖土力學研究所施工過程力學研究團隊提出了基于巖體孔隙中水分原位凍結與遷移共同作用的“有效體積膨脹系數”的概念，實現了對現有三種主流凍脹機理（體積膨脹理論、分凝勢凍脹理論和混合凍脹理論）的統一解釋；在此基礎上，建立了考慮冰/巖力學性質、應力水平、冰/水相變、水分遷移和巖石孔隙結構特征的多孔介質凍脹力計算模型，揭示了完整巖石凍融損傷演化機理；并據此進一步建立了考慮宏觀裂隙中“冰梁形成→冰楔滑移→裂隙擴展”三階段演化特征的凍脹力計算模型，揭示了不同破壞形式下(冰梁斷裂破壞、冰巖界面破壞、巖石裂隙尖端破壞)凍脹力演化特征，實現了低溫相變巖體細觀孔隙和宏觀裂隙凍脹力求解方法全覆蓋，為低溫及凍融環境下巖體凍脹損傷劣化特征的定量描述以及寒區隧道凍脹破壞過程的準確表征提供了理論支撐。
研究成果發表于International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences、Cold Regions Science and Technology等期刊，研究工作得到了國家自然科學基金（52279119, 51991392）、西藏自治區科技計劃項目（XZ202201ZY0021G）、國家重點基礎研究項目（973計劃，2010CB05006）等項目資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2018.04.016
https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2024.105726
圖1 介質凍脹數學模型
圖2 孔隙巖石凍脹試驗的預測結果
圖3 裂隙巖石凍脹試驗的預測結果