水对微波辐射下硬岩劣化效果的影响试验研究

发布时间：2021-08-01 13:34

　　在微波辅助破岩中,水是影响岩石劣化的重要因素。为了研究在微波辐射下,水对岩石劣化的影响规律,以湖北花岗岩为研究对象,岩石孔隙率、超声波波速、抗拉强度作为参考指标,通过试验法测得水在微波辐射下对岩石劣化的影响规律。结果表明:水是造成岩石劣化的关键因素,微波辐射后浸水冷却能够对岩石产生更大的破坏效果;岩石的损伤程度受试件初始含水率影响显著,饱和试件较干燥试件而言在微波辐射后破坏效果更明显;采用初始含水率为饱和状态、冷却方式为浸水冷却的条件时,微波辐射对岩石强度的折减效果达到峰值。因此,在微波辐射前后充分利用水分这一影响因素能够更好地造成岩石的劣化,降低岩石破碎时能量的消耗,对微波辅助破岩技术的发展具有重要意义。 

【文章来源】：地下空间与工程学报. 2020,16(03)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

标准花岗岩试件示意图

试件抗拉强度试验后破坏情况示意图

对比图4(a)、(b)可知，Ⅲ、Ⅳ组试件较Ⅰ、Ⅱ组试件而言，在微波辐射后超声波波速衰减更加明显。分析其原因为:试件内部裂隙中含有的水分在微波辐射后受热蒸发，形成水蒸气挤压岩石，造成裂隙发育，导致试件超声波波速进一步衰减。此外，出现一处值得注意的点，当试件的初始含水率为干燥、辐射功率为0.5 kW时，超声波波速的衰减值出现负数，最大值达到-0.167 km/s，试件的超声波波速未出现符合规律的下降情况，反而上升，而当初始含水率为饱和情况时，并未出现此现象。分析其原因:为初始含水率的不同所造成的试验结果差异。试件的初始含水率为0，试件处于完全干燥状态时，试件内部自然存在的裂隙中不含水分，当试件受到微波辐射后，一方面由于内部物质介电常数不同导致温度上升不均匀，出现梯度应力而造成岩石内部裂隙扩展;另一方面，试件内部物质出现热胀冷缩现象填补裂隙，因此造成超声波波速上升的情况。而当试件的初始含水率为饱和时，岩石自然裂隙中充满水分，当微波辐射后，水分受热蒸发而体积膨胀，进一步造成裂缝的扩展，超声波波速符合总体规律。图4(c)为相同微波辐射环境下，自然冷却与浸水冷却2种冷却方式的超声波波速差值示意图。由图4(c)可得，当微波辐射功率与辐射时间相同时，干燥试件2种冷却方式的超声波波速差值略低于饱和试件。这说明在初始含水率条件为饱和的情况下，由于浸水冷却所产生的对岩石的破坏效果要强于初始含水率条件为干燥的情况下。

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3315619