卸荷条件下热处理后花岗岩力学性质试验研究

发布时间：2020-04-10 08:29

【摘要】：本文通过对热处理花岗岩在遇水冷却条件下为前提,以物理特性试验和力学特性试验为手段,研究高温遇水冷却后的花岗岩在卸围压条件下的力学特性。本文涉及的试验有物理特性试验和力学特性试验,物理特性试验包括密度与孔隙率试验、SEM电镜扫描试验和X射线衍射试验,力学特性试验包括常规三轴试验和卸围压试验。通过物性试验可以得到花岗岩密度、孔隙率、热处理后岩样内部结构变化和花岗岩内部成分。通过三轴常规试验和卸围压试验,得到力学参数和强度参数,为工程实例提供较为真实可靠的理论依据。通过此次研究可以得到以下结论:(1)随着热处理温度的升高,花岗岩岩样的孔隙率不断增大,这是因为由于温度原因造成花岗岩内部裂缝逐渐增大。通过X衍射实验,分析得到其主要的矿物成分及质量百分含量分别为石英(10.03%)、钾长石(24.51%)、钠长石(35.45%)、云母(28.77%)、绿泥石(1.16%)和方解石(0.12%)。其天然密度为2.63g/cm~3,孔隙率为0.0192。(2)卸围压情况下的破环主要有两方面的原因,一是温度作用(热应力)导致花岗产生裂隙和损伤,另一个是在卸围压使花岗岩环向变形不断加大导致破坏。在卸围压过程和加载过程是相反的一个过程,随着围压的不断减小,该状态下的花岗岩抗压强度不断减小。此外花岗岩的环向应变由于该方向压力越来越小,环向应变越来越大,微裂隙长大和相互贯通。(3)过计算岩样不同温度下卸围压应变围压增量比,说明环向变形比轴向变形对卸围压的过程更为敏感。900℃应变围压增量比最大,400℃其次,25℃最小。表明900℃水冷后岩样对卸围压量最敏感。(4)随着围压的不断卸载,花岗岩泊松比越来越大。通过莫尔-库伦准则确定花岗岩岩样的c和得知,900℃高温水冷后的黏聚力达到最小,而内摩擦角变化较为平缓。
【图文】：

微观形貌,研究思路,花岗岩,围压

1.3.2 研究内容与主要研究思路基于高放核废料处理、干热岩的利用以及地下工程空间火灾这些研究背景，以高温水冷后的花岗岩为研究对象，通过对岩样进行卸围压试验，分析了卸围压条件下花岗岩的力学参数和强度参数随热处理温度的演变规律。主要研究方法有：进行物理特性试验：通过密度与孔隙率试验，测试花岗岩岩样的天然密度和孔隙率。通过电镜扫描技术可以用来观测经花岗岩岩样微观形貌的变化特征。利用 X 衍射试验，，分析高温水冷后花岗岩内部矿物成分随温度的关系。进行力学特性试验：通过常规三轴试验，获得弹性模量、泊松比、峰值强度和强度参数随着热处理温度的演变规律。通过卸围压试验，研究在卸围压条件下花岗岩的强度参数和力学参数随热处理温度的演变规律。本文研究思路见图 1.1

钻孔取芯,花岗岩,岩样,升温速率

图 2.1 ZS-200 手自一体钻孔取芯机与岩石切割机2.1.2 岩样的热处理蔡燕燕等人在试验研究中，采用的采用电炉丝加热。以每 1min 升温 10℃的速率升温到相应温度后保持 4h，以使岩样均匀受热，然后在炉膛中自然冷却至室温后取出。胡少华等人在试验中，采用马弗炉加热，以 5℃/min 的升温速率将花岗岩加热到预定的温度，为使花岗岩岩样受热均匀和充分，并将花岗岩在该温度下保温 4h，然后开炉门让花岗岩岩样在炉内冷却至室温。邱一平等人在试验研究中，采用马弗炉加热，升温速率采用 3 分钟 10 度的速率，到达预定温度后保温3h。不难发现以上学者升温速率在 3-10℃/min,因此此次试验升温速率采用 5℃/min，保温时间为 3 个小时。以上学者对花岗岩热处理研究一般采用自然冷却方式，基于地下空间火灾这一工程背景，本次试验采用高温后遇水冷却这一冷却方式。由于研究是干热岩的利用，必须模拟在高温条件下对花岗岩进行快速的冷却，这样可以达到很高的相似度，当花岗岩达到很高的温度时在容器内冷却很容易让
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU45

【参考文献】