高温作用下石灰岩的热损伤特性研究

发布时间：2020-05-29 02:36

【摘要】：本文以涉及到高温岩石热损伤问题的地下工程(地热开采、地下煤气化等)为背景,以石灰岩作为研究对象,开展一系列物理力学性质试验,探索了不同温度对石灰岩“表面色度L~*a~*b~*值、裂缝发育、P-波速、导热系数、孔隙度、抗拉强度”等物理力学性质的影响,进一步揭示了高温对灰岩的损伤机制,为能源开采、地下空间开发利用及隧道火灾等提供一定的理论支撑。本文获得的主要结论如下:(1)高温处理后灰岩表面特征通过测试和观察岩样表面色度发现,色度标量L~*a~*b~*值和裂缝发育受温度和热冲击次数的影响较大。特别是300℃以后,随着温度和热冲击次数的升高,a~*和L~*上下浮动明显,b~*值逐渐增大,表面颜色逐渐变黄褐色,裂缝宽度和数量逐渐增加。(2)高温处理后灰岩纵波波速、导热系数及抗拉强度变化特征高温处理后灰岩的波速、导热系数、抗拉强度有着显著的变化,但又有所差异。纵波波速及导热系数随着温度和热冲击次数的增加而减小,特别是300℃以后下降较快。并且在热冲击1次时导热系数和波速下降较快。而抗拉强度随着温度和热冲击次数的增加整体下降。(3)高温处理后灰岩孔隙、裂隙演化特征通过压汞实验测试了热处理后灰岩孔隙度、不同孔径的孔隙发育情况。利用阶段进汞量-孔径、累计进汞量-孔径、阶段进汞量-孔压、累计进汞量-孔压、孔隙度-温度、分形维数-温度等变化曲线发现灰岩孔隙随着温度的升高而趋于复杂化。低于200℃时,灰岩主要存在大孔及超大孔,而高于200℃后小孔和中孔大幅度增加,同时大孔和超大孔进一步拓展。此外,波速与孔隙度有较强的负相关系,随着孔隙度的增加波速显著下降。(4)高温作用下灰岩渗透率变化特征利用不同温度下灰岩的孔隙度及最大、最小孔径数据,结合分形理论建立分形渗透率模型。通过渗透率模型计算渗透率的变化率,并发现渗透率的变化率-温度、孔隙分形维数-温度都有很强的正相关关系。分形维数的变化在一定程度上可以反映孔隙、渗透率的变化。孔隙度和渗透性的突变温度在300-400℃左右。
【图文】：

示意图,分形模型,示意图,孔隙度

图 1-1 分形模型分类示意图Figure 1-1 Classification sketch of fractal model是质量分形模型[84-87]：例如 Sierpinski 的地毯固体质量分其表达式可用（1-2）所示：i 98 1孔隙度，i 为迭代的次数[88]。如果初始的正方形边长为 L去掉的部分边长，则迭代到 i 次时，剩余的面积 Ai有（2220DiiAL Menger 海绵的固体质量模型，例如海绵的孔隙度与分形所示[89]：331-DiL （）

示意图,研究方法,示意图,灰岩

图 1-2 研究方法示意图Figure 1-2 Sketch map of research methods表征研究方法照制样标准统一制成Φ50×100mm、Φ50×25m 型高温烧结炉对灰岩进行热处理。而后通过Super eyes 对灰岩表面色度提取、裂缝观察，，并定分析裂缝发育趋势。波速、导热系数及力学性能研究方法、不同热冲击次数的灰岩长柱样品（Φ50×100 mRSM-SY6 声波检测仪。、不同热冲击次数的灰岩长柱样品（Φ50×100 m设备是湘科 DRE-2C 导热系数测试仪。、不同热冲击次数的灰岩短柱样品（Φ50×25 mm效应下灰岩抗拉强度的变化。效应下灰岩孔隙、渗透率变化研究方法
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P642

【参考文献】