1.一种基于地表温度评估岩体裂隙冻融裂损危险性的方法,其特征在于,包括以下步骤:S1,对目标区域进行数据采集,获取岩体裂缝的几何参数、日地表最低温度 、日地表最高温度 、日温差 和裂隙水分条件 ;S2,基于S1获取的几何参数,构建考虑约束压力修正的裂隙冻胀力解析模型 ,并建立应力强度因子 与环境温度 的定量关系;S3,计算岩体的I型断裂韧性 ,并基于所述应力强度因子 确定岩体的临界起裂温度 ;通过岩体裂隙冻融扩展的临界点测试,确定岩体裂隙的临界冻融循环次数 ;S4,基于S1得到的日地表最低温度 、日温差 、裂隙水分条件 和S3得到的岩体的临界起裂温度 ,对有效冻融循环进行判定并计数,获得年累计有效冻融循环次数 ;根据所述年累计有效冻融循环次数 和所述临界冻融循环次数 ,计算冻融损伤比并据此进行风险量化与分级。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S1的具体步骤为:(1)采集目标区域的原始影像,从中提取裂隙的位置、长度、宽度、倾角及空间分布特征,并将岩体中的裂隙简化为理想椭圆裂隙,得到岩体裂缝的几何参数:长轴长度 、短轴长度 、高度 , << ;(2)在设定时段,获取目标区域热红外影像并记录精确时间戳,所述热红外影像携带有亮温数据;所述设定时段为:04:00至06:00,13:00至15:00;获即目标区域中仅包含裸岩像元的有效区域,对包含裸岩像元的热红外影像所携带的亮温数据实施辐射定标与发射率修正,反演得到地表温度场, 将04:00至06:00的地表温度作为日地表最低温度 ,将13:00至15:00的地表温度 作为日地表最高温度 ,日温差 ;(3)获取目标区域在18:00前后半小时的热红外影像,提取低温斑块;于低温斑块中心位置及沿其法线方向分层埋设频域/时域反射含水率传感器;在同一岩性且表现为干燥特征的斑块内布设对照监测点;获取所述低温斑块和干燥特征斑块的含水率数据,用于判别低温斑块是否为高含水斑块;将含水率传感器采集的高含水斑块的含水率数据作为裂隙水分条件 。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,S2中构建考虑约束压力修正的裂隙冻胀力解析模型的方法为:考虑水结冰时的体积膨胀率 ,水冰相变引起的体积增量 计算公式为: ,其中, 为冰含量,计算公式为: ,其中,未冻水含量 的经验计算公式为: ,其中, 为实际冻结温度, 为环境温度, 和 为与岩性相关的经验常数;为了对冻结温度进行压力修正,得到实际冻结温度 相对于冻胀力 的瞬时变化率 ,对克拉珀隆方程取倒数,其表达式为: ,其中, 为相变潜热, 为体积变化, 为标准大气压下纯水的冻结温度;考虑冻胀力 对实际冻结温度 的影响: ,其中, 为标准大气压下初始冻结温度;在冻胀力 作用下,基于弹性力学理论,冻胀引起的裂隙体积变形量 的计算公式为: ,其中, 为岩石剪切模量, 、 分别为与温度相关的岩石弹性模量、泊松比;基于体积守恒原理,冻胀引起的裂隙体积变形量 等于水冰相变引起的体积重量 ,联立体积守恒方程( )以及上述各计算公式,得到冻胀力 与环境温度 的函数关系: ,从而,建立了考虑约束压力修正的裂隙冻胀力解析模型: 。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:S2中,利用核磁共振技术测量目标岩体样本随温度变化的未冻水含量 ,并采用未冻水含量 的经验计算公式进行拟合,获得与岩性相关的经验常数 、 的值。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,S2中建立应力强度因子 与环境温度 之间的定量关系的方法具体为:联立裂隙尖端的应力强度因子的表达式 与所述裂隙冻胀力解析模型 ,建立应力强度因子 与环境温度 之间的定量关系: 。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,S3中计算岩体的I型断裂韧性的方法为:通过现场地质调查与钻探,识别目标岩体类型并取样;在目标岩体的试样上预制标准裂隙;将试样真空饱水后置于-20℃低温箱中冻结3~4小时,模拟现场低温饱和工况,得到预制的饱水岩试样;对预制的饱水岩试样进行三点弯曲试验,采集荷载–裂尖应变曲线并剔除异常值,取有效最大荷载均值,计算岩体的I型断裂韧性 : ,其中, 为有效最大荷载均值; 为跨距; 为试样宽度; 为试样高度;几何因子函数 的计算公式如下: ,其中, 为试样标准裂隙的长度。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,S3中确定临界起裂温度 的方法为:在临界状态下,岩体裂隙处于即将开裂的极限平衡状态, ,此时, ,得到一个关于环境温度 的方程: ,求解此方程,获得唯一的未知量 的值,该值为临界起裂温度 。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,S3中确定临界冻融循环次数的方法为:将预制的饱水岩试样置于冻融循环试验箱中模拟寒区昼夜波动;通过电阻式应变片监测裂隙扩展量,绘制裂隙扩展量-冻融循环次数曲线;将裂隙扩展量–冻融循环次数曲线上二阶导数为零的位置作为岩体裂隙冻融扩展的临界点,并将对应的冻融循环次数作为临界冻融循环次数 。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于:步骤S4中,获得年累计有效冻融循环次数 的方法为:满足以下全部条件计为1次有效冻融循环:当日地表最低温度 <岩体起裂温度 ;日温差 ≥5℃;裂隙水分条件 ≥50%;基于上述条件,获取现场的年累计有效冻融循环次数 ;所述冻融损伤比 的计算公式为: 。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,步骤S4中: ≥0.8时为极高风险;0.5≤ <0.8时为高风险;0.2≤ <0.5时为中等风险; <0.2时为低风险。