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Erschienen in: Environmental Earth Sciences 9/2024

01.05.2024 | Original Article

Multi-scale analysis of mudstone freeze–thaw damage mechanism

verfasst von: Yuntao Liang, Chao Guo, Yimin Zhao, Fuchao Tian, Zhengran Lu

Erschienen in: Environmental Earth Sciences | Ausgabe 9/2024

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Abstract

Freeze–thaw (F–T) cycle-induced mechanical deterioration of mudstone layers in slopes is a critical challenge for the stability of slopes located in cold-regions open pit mines. Indoor F–T cycle experiments were initially conducted on mudstone samples obtained from the North Slope of the Fushun West Open Pit Mine. Furthermore, a constitutive model for F–T damage was developed using Weibull distribution fracture mechanics. After that, a Voronoi tessellation-generating program and a program for inserting cohesive elements between tessellations were developed to establish a multi-scale thermo-mechanical coupling analysis platform in ABAQUS software. Finally, the damage constitutive model was integrated into Voronoi tessellations to simulate the mineral matrix. The research findings revealed that F–T cycles induced substantial damage to mudstone. Moreover, with an increase in the number of F–T cycles, the damage factors associated with each parameter significantly increased. Multi-scale analysis results indicated that for higher numbers of F–T cycles, samples may not necessarily develop cracks along initial flaws, but could instead be cracked in the matrix phase due to F–T damage. The F–T cycle exhibited a destructive effect on the stability of slopes in cold regions. Therefore, it is essential to consider the effect of F–T damage in the stability analysis and protection design of open-pit mine slopes in cold regions.

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Literatur
Metadaten
Titel
Multi-scale analysis of mudstone freeze–thaw damage mechanism
verfasst von
Yuntao Liang
Chao Guo
Yimin Zhao
Fuchao Tian
Zhengran Lu
Publikationsdatum
01.05.2024
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Environmental Earth Sciences / Ausgabe 9/2024
Print ISSN: 1866-6280
Elektronische ISSN: 1866-6299
DOI
https://doi.org/10.1007/s12665-024-11617-y

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