花岗岩热损伤机理及其力学特性试验研究

发布时间：2020-06-19 19:16

【摘要】：岩石是由一种或多种矿物成分组合成的结构体,含有许多微裂纹和微孔洞,具有各向异性的物理力学性能,在地热资源开发、核废料深埋处置等工程中,岩石的力学特性常常受到温度的影响。本文选取陕西华山花岗岩为研究对象,对经历不同温度处理的花岗岩试样开展一系列试验研究,探析了其力学行为、细观机理及声发射特性等,主要研究工作及结论如下:首先,结合单轴和三轴压缩试验,研究了不同温度后花岗岩的应力-应变响应以及各力学参数随温度的变化趋势。同时,通过X射线衍射试验,对温度后的花岗岩矿物成分进行分析。结果表明:花岗岩常温下为灰白色,随着温度升高逐渐变为暖色调,脆性与体积均有所增大;对于同一温度,花岗岩在三轴压缩下的抗压强度远大于单轴下抗压强度,且随着温度的升高,围压对于提高强度的效果越明显;X射线衍射曲线显示,500℃以下岩样主要成分的衍射信息没有明显的变化;超过500℃后,在26.5°~27.0°衍射角范围内石英的衍射峰明显减小。接着,对经历20、300、500、700和900℃温度后的花岗岩试样进行超声波检测,结合超声波波速与波形的变化,探究了岩石的热损伤特性,并借助于扫描电镜(SEM)对岩石温度损伤现象进行了细观观测。研究发现:当温度低于500℃时,花岗岩中纵波波速随温度升高而平缓下降,温度高于500℃,花岗岩组分石英发生相变,纵波波速迅速下降。特别地,700℃后岩样损伤严重,波速衰减渐趋平缓;SEM图像显示,随着温度的升高花岗岩微裂纹数量增加。最后,基于花岗岩单轴压缩和声发射(AE)试验,对比了实时温度下和温度后岩样声发射能量计数的变化规律,并对应力-应变曲线形状、峰值应力、峰值应变、弹性模量和破坏模式进行了讨论。结果显示:温度越高花岗岩内部形成的裂纹越多,内部损伤越严重,声发射活动愈加频繁;经相同的热处理,实时温度下的塑性阶段更明显,峰值应变较大,峰值应力和弹性模量偏小,主要是因为温度下的花岗岩热应力效应明显,而温度后岩样内部裂纹部分发生愈合,刚度得以增强。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU45
【图文】：

技术路线图

马弗炉,花岗岩

探究高温后岩石力学性质与强度劣化的机理，力求得出对地下硐室和隧道工程等火灾后的修复重建、深部地下空间和资源的开发利用等具有一定参考价值的结论。2.1 温度后花岗岩强度特性及矿物成分试验2.1.1 岩样特征及制备试验采用的花岗岩取自陕西华山，呈灰白色，属于中细粒黑云母花岗岩，该花岗岩的密度为 2600kg/m3，吸水率为 0.57%，平均单轴抗压强度约为 138MPa其主要矿物成分有微斜长石（40%）、斜长石（25%）、石英（20%）和黑云母（8%）等。根据国际岩石力学协会（ISRM）的标准将本次试验中的岩样制作成直径 50 mm，高 100 mm 圆柱体试样，端面不平整度小于±0.05mm，在试样整个高度上直径误差不超过 0.3mm。试验温度设置为 20、100、300、 500、700 和900 ℃共 6 个温度等级，每组 3 个安排试样。2.1.2 试验设备

【参考文献】